Aprovechamiento de los desechos de la industria del anodizado de aluminio en la síntesis de zeotipos tipo AlPO4-X y aplicación de estos en la captura de amoniaco

Abstract

La finalidad de este trabajo fue llevar a cabo la síntesis de zeotipos tipo AlPO4-X utilizando desechos provenientes de la industria de anodizado de aluminio (DAAl-1) en sustitución de la fuente de aluminio, estos desechos fueron aportados por la empresa Extralum S.A. A la vez se buscaba determinar la capacidad de estos productos para capturar amoniaco procedente de la descomposición de la materia verde. Inicialmente se caracterizaron los DAAl-1 posterior a su tratamiento térmico a 7 temperaturas diferentes: T. Ambiente, 100 °C, 300 °C, 500 °C, 700 °C, 900 °C y 1100 °C por las técnicas de MER, DRX y TGA, a partir de estos resultados y las referencias bibliográficas se eligió el desecho a utilizar para la síntesis de los zeotipos AlPO4-5, AlPO4-11, CoAlPO4-5, CoAlPO4-31 y FeAlPO4-5 empleando un proceso de síntesis hidrotermal; con una amina como agente director de la estructura y ácido fluorhídrico como regulador del pH. Adicionalmente se reprodujo la síntesis de estos zeotipos así como de Zeolita A descritas en la literatura para comparar los resultados de esta con los productos utilizando los desechos DAAl-1. Todos estos materiales fueron caracterizados por las técnicas de FRX, DRX, MEB, BET y PD. Los resultados de la difracción de rayos X, DRX, y la fluorescencia de rayos X, FRX, de los productos donde se llevó a cabo la reproducción de la síntesis muestra que se obtuvo de manera satisfactoria los zeotipos AlPO4-5, AlPO4-11, CoAlPO4-5 y CoAlPO4-31, el producto de la síntesis del FeAlPO4-5 dio como resultado berlinita (AlPO4). Los resultados de porosidad dinámica nos indican que en general son materiales poco porosos y con una baja afinidad por el agua, el AlPO4-11 dio como resultado una fracción de secado menor debido a su tamaño de poro considerado mediano y a su mayor afinidad con el agua. Los resultados del área superficial nos indican que son materiales aptos como absorbentes con áreas superficiales de aproximadamente 200 m2/g, para la Zeolita A su área superficial es muy superior con un valor de 821,6 m2/g. Los productos sintetizados a partir del desecho muestran que si fue posible obtener el zeotipo AlPO4-5 en mayor proporción utilizando DAAl-1 a 700 °C que se colocó en un sistema de reflujo con alcohol isopropílico en medio básico previo a su utilización, de acuerdo a los resultados de DRX y FRX, éste presenta un área superficial de 214,0 m2/g y xc = 0,83, el análisis morfológico muestra estructuras elípticas menores a los 300 μm. El AlPO4-11 fue posible sintetizarlo utilizando DAAl-1 a temperatura ambiente, de acuerdo a los resultados de DRX, una porosidad dinámica de 0,62 y una estructura morfológica de pequeños cristales en forma de agujas; durante la síntesis de este zeotipo se obtiene como subproducto un material no poroso perteneciente a la familia de los aluminofosfatos conocido como berlinita. Para los zeotipos CoAlPO4´s a partir de la FRX se evidenció la presencia del metal de transición incorporado como parte de su composición y su estudio morfológico nos muestra para el CoAlPO4-5 estructuras cuboides, para el CoAlPO4-31 estructuras esféricas, la DRX indica que si se obtuvo el producto esperado para ambos casos, estos materiales presentan una fracción de secado superior a 0,80; el producto de la síntesis del FeAlPO4-5 dio como resultado berlinita Finalmente se probó la capacidad de captura de NH3 de manera cualitativa y cuantitativa de por parte de los productos generados y se obtuvo que la Zeolita A posee una mayor capacidad de absorción con un valor de 242 mg NH3/g muestra, seguido del AlPO4-5, y la berlinita con aproximadamente 30 mg NH3/g muestra, para el caso de los CoAlPO4´s y el AlPO4-11 demostraron no ser apropiados para la captura de amoniaco.

The purpose of this work was to carry out the synthesis of AlPO4-X type zeotypes using waste from the aluminum anodizing process (DAAl-1) as a substitute for the aluminum source. This waste was provided by the company Extralum S.A. At the same time, it was sought to determine the capacity of these products to capture ammonia from the decomposition of green matter. Initially the DAAl-1 were characterized after their heat treatment at 7 different temperatures: room temperature, 100 °C, 300 °C, 500 °C, 700 °C, 900 °C and 1100 °C by SEM-EDX, XRD and TG techniques. Based on these results the waste to be used for the synthesis of AlPO4-5, AlPO4-11, CoAlPO4-5, CoAlPO4-31 and FeAlPO4-5 zeotypes was chosen using a hydrothermal synthesis process; with an amine as the structure directing agent and hydrofluoric acid as the pH regulator. In addition, the synthesis of these zeotypes as well as Zeolite A was reproduced to compare the results of the waste products with the products of the original syntheses described in the literature. All these materials were characterized by XRF, XRD, SEM, BET and DP techniques. The results of XRD and XRF characterizations of the products where the reproduction of the synthesis was carried out show that the zeotypes AlPO4-5, AlPO4-11, CoAlPO4-5 and CoAlPO4-31 were successfully obtained, the product of the synthesis of FeAlPO4-5 resulted in berlinite (AlPO4). The dynamic porosity results indicate that in general they are low-porosity materials with a low affinity for water, AlPO4-11 resulted in a smaller drying fraction due to its pore size considered medium and higher affinity for water. The results of the surface area indicate that they are suitable as absorbent materials with surface areas of approximately 200 m2/g, for the Zeolite A its surface area is much higher with a value of 821.6 m2/g. The products synthesized from the waste show that it was possible to obtain the AlPO4-5 zeotype in greater proportion using DAAl-1 at 700 °C that was placed in a reflux system with isopropyl alcohol in basic medium before its use, according to the results of XRD and XRF, this material presents a surface area of 214.0 m2/gr and xc = 0.83, the morphological analysis shows elliptical structures smaller than 300 μm. AlPO4-11 could be synthesized using DAAl-1 at room temperature according to XRD results, a dynamic porosity of 0.62 and a morphological structure of small needle-shaped crystals; during the synthesis of this zeotype, a non-porous material belonging to the family of aluminophosphates known as berlinite is obtained as a by-product. For the CoAlPO4s zeotypes from XRF it was evidenced the presence of the transition metal incorporated like part of its composition and the morphological study shows us for the CoAlPO4-5 we obtain cuboid structures, for the CoAlPO4-31 we obtain spherical structures, the XRD technique indicates that the expected product was obtained for both cases, these materials present drying porosity superior to 0.80; the product of the synthesis of the FeAlPO4-5 gave like result berlinite. Finally, the NH3 capture capacity of the products generated was tested qualitatively and quantitatively and it was obtained that Zeolite A has a higher absorption capacity with a value of 242 mg NH3/g sample, followed by AlPO4-5, and berlinite with approximately 30 mg NH3/g sample, in the case of CoAlPO4's and AlPO4-11 they proved not to be appropriate for ammonia capture.