Recubrimientos mesoporosos de SiO 2 y TiO 2 sobre microfibras de vidrio

Se han preparado varios depósitos de SiO2 y TiO2 recubriendo soportes de fibra de vidrio tipo E (Vetrotrex®, Alcalá de Henares). Estas microfibras de borosilicato (FV) previamente limpiadas y con el compuesto orgánico que recubre su superficie eliminado por combustión a 550ºC durante 6 horas en flujo de aire (fibra limpia) se han empleado como sustrato de dichos recubrimientos.

2.2.3.1 Modificación de las fibras de vidrio tipo E con un recubrimiento de tensioactivo

En una primera etapa las FV limpias han sido modificadas con una capa de un tensioactivo (CTAB, SDS o Plurónico 123), para formar lo que hemos llamado organofibras, para ello una masa fija de fibra limpia (0,5 g) se se sumerje en 10 mL de disolución acuosa 0,1 mM del tensioactivo. El sistema se somete a agitación en un

baño de ultarsonidos durante 15 minutos y posteriormente se continúa agitando en un agitador orbital durante 27 horas. Transcurrido este tiempo, se lleva a sequedad calentando a 40ºC y se recuperan así las fibras recubiertas de tensioactivo.

Alternativamente, se han modficado FV a las cuales se las ha sometido a un tratamiento previocon HCl 1M (preparado a partir de HCl 37%, Panreac) o con NaOH 1M (preparado a partir de pastillas de NaOH, Merck) antes de la incorporación del tensioactivo. En estos tratamientos se han utilizado 10 mL de la disolución de ácido o de base por cada gramo de fibra limpia, manteniendo el sistema bajo agitación orbital a 450 s-1 durante dos horas. Pasado este tiempo la disolución se decanta y las fibras se secan a 100ºC. Las fibras activadas con ácido y con base se han denominado FV-HCl y FV-NaOH, respectivamente. Estos dos tipos de fibras activadas se han tratado con una disolución acuosa 0,1 mM de CTAB siguiendo el mismo procedimiento señalado para las FV no activadas, a fin de obtener las correspondientes organofibras que se han identificado como FV-HCl-CTAB y FV- NaOH-CTAB, respectivamente.

2.2.3.2 Recubrimientos de óxido de silicio sobre fibras de vidrio tipo E dispersas.

Una vez las organofibras están secas, medio gramo de ellas se sumergen en una dispersión de 248 µL, 110 µL ó 55 µL de ortosilicato de tetraetilo (TMOS; Sigma- Aldrich) en 10 mL de 2-propanol para obtener un sistema que contiene porporciones n fibra de vidrio:sílice de 1:0,2 , 1:0,1 y 1:0,005, respectivamente. El sistema se mantiene dos horas en agitación orbital, adicionando posteriormente, gota a gota y también bajo agitación, una la cantidad de agua estequiométrica necesaria para dar lugar a la hidrólisis completa del precursor dispersada en 200 µL de 2-propanol. El sistema se deja evolucionar bajo agitación orbital durante 24 horas más y se seca a 60ºC. Las muestras resultantes fueron calcinadas en una mufla a fin de eliminar el tensioactivo y restos de disolvente así como para consolidar la matriz polisiloxánica formada sobre la FV. El tratamiento térmico en atmósfera de aire estático consta de dos etapas: la primera consiste en un calentamiento inicial a 250ºC donde se mantiene durante 8 horas con una rampa de calentamiento de 3,75 ºC min-1 y una segunda etapa que conlleva un tratamiento en una rampa de calentamiento de 0,6 ºC min-1 _{hasta 550ºC que se mantiene durante 8 horas. A modo de muestras de}

referencia se han llevado a cabo la formación de de recubrimientos de sílice sobre fibra de vidrio limpia no modificada con tensioactivo, utilizando para ello el mismo procedimiento pero sólo para el sistema que emplea una proporción fibra de vidrio:sílice de 1:0,02. Se ha sintetizado además sílice en estas mismas condiciones peroen ausencia de fibras de vidrio y con presencia de tensioactivo en el medio a fin de obtener los correspondientes xerogeles que se han denominado CTAB-TMOS, SDS-TMOS y P123-TMOS.

2.2.3.3 Recubrimientos de dióxido de titanio sobre fibras de vidrio tipo E dispersas

La formación de recubrimientos de dióxido de titanio sobre fibras de vidrio se ha realizado sobre organofibras modificadas con CTAB según se describe en el apartado 2.2.3.1, utilizando como precursor del dióxido de titanio un gel preformado de oxoclusters de titanio preparado y estabilizado como se describe en la sección 2.2.2 de este capítulo.

La preparación de los recubrimientos de TiO2 se ha llevado a cabo introduciendo 0,5 g de la organofibra FV-CTAB ó 0,5 g de fibra limpia en 10 mL de 2-propanol y el sistema se mantiene bajo agitación orbital mientras se añade gota a gota 1 mL ó 100 µL de gel precursor de TiO2. El sistema se deja evolucionar bajo agitación orbital hasta sequedad. Los materiales resultantes fueron calcinados en aire estático a 450ºC durante 3 horas usando una rampa de 7 ºC/min a fin de eliminar el tensioactivo y otros compuestos orgánicos asociados así como al objeto de consolidar el TiO2 formado asociado a la FV y como fase anatasa.

2.2.3.4 Recubrimientos de dióxido de titanio sobre fibras de borosilicato conformadas como discos

En este caso en lugar de FV se ha utilizado como soporte fibras de vidrio de tipo borosilicato pero conformadas como membranas (discos de filtración GF®92 D-3354 Schleicher and Schuel). Estos discos de borosilicato se limpian previamente con etanol y el compuesto orgánico que presenta en su superficie eliminado por combustión a 550ºC durante 6 horas en flujo de aire dando lugar al soporte de partida denominado como FM.

Las fibras de los discos de membrana tambien fueron modificadas por un tratamiento con tensioactivos previamente a hacer el depósito del gel precursor de TiO2. En este caso se cortaron trozos de membrana y se sumergieron en 20 mL por gramo de membrana de una disolución 0,1 mM de CTAB o de Pluronico 123. Los sistemas se mantuvieron bajo agitación orbital un tiempo de hasta 12 horas transcurrido el cual se llevó a sequedad calentando a 40ºC, hasta obtener las correspondientes membranas modificadas con tensioactivo. A continuación estos discos fueron sumergidos en 2-propanol a razón de 20 mL por gramo de disco y se le adicionó 100 µL de gel precuror de TiO2. El sistema se dejó evolucionar bajo agitación orbital hasta sequedad. Finalmente las muestras fueron calcinadas en a 425ºC durante 3 horas usando una rampa de 7ºC/min en atmósfera de aire para eliminar el tensioactivo y otros compuestos orgánicos asociados, así como al objeto de consolidar el TiO2 formado asociado a las fibras y como fase anatasa. Los materiales obtenidos se han identificado como FM-CTA-TiO2, FM-P123-TiO2 en función de que la modificación de la membrana se realizó con CTAB o P123, respectivamente. Se preparó así mismo una muestra de referencia en la cual se empleó un procedimiento similar de preparación de estas muestras pero utilizando un disco de borosilicato no tratado con tensioactivos.

2.2.4 Preparación de Nanoarquitecturas por crecimiento de nanomateriales