Influencia de la concentración de HCl en la síntesis de arcillas pilareadas con titanio

Las arcillas pilareadas son sólidos porosos con elevada área específica y estabilidad térmica, lo que las convierte en materiales de interés para su uso como adsorbentes y en aplicaciones catalíticas. En este contexto, se modificaron arcillas del tipo montmorillonita mediante la incorporación de titanio por el proceso de pilarización, que consistió en el intercambio iónico de los cationes de compensación de la arcilla por Na⁺, obteniendo el sólido Na-mont. A continuación, una solución pilareante formada por Ti(OC₄H₉)₄ y HCl (6 M o 1 M) se incorporó por goteo a una suspensión de Na-mont. El contenido de Ti en la solución se ajustó para obtener 10 mmol de Ti/g de arcilla, con una relación molar H⁺/Ti de 2. La mezcla se mantuvo 8 h en agitación y 12 h en envejecimiento. Luego, la fracción sólida se centrifugó, lavó y calcinó a 450 °C por 3 h, dando lugar al material Ti-PILC(x), donde “x” indica la molaridad del HCl utilizado.

El patrón de DRX de Na-mont mostró una señal en 2θ=7,2° asociada a un espaciamiento basal (d₀₀₁) de 1,23 nm. La arcilla Ti-PILC(1) no presentó señales a bajo ángulo, lo que sugiere la delaminación de la estructura durante el proceso de pilareado. No obstante, el patrón de DRX de Ti-PILC(6) presentó una señal en 2θ=4,84° que indica que se conserva el ordenamiento de la estructura. El incremento en el d₀₀₁ de este material (1,82 nm) respecto de Na-mont confirma la incorporación de especies policatiónicas de Ti entre las capas de la arcilla. A alto ángulo, las arcillas Ti-PILC(x) presentaron las señales típicas de Na-mont, lo que refleja que la estructura cristalina de las láminas se mantuvo. Además, se observó una señal a 2θ≈25,2° que se atribuyó al TiO₂ (anatasa), confirmando la incorporación del Ti.

Los materiales Ti-PILC(x) presentaron mayor área específica (S_BET) que el material de partida (Na-mont: 31,00 m²/g; Ti-PILC(1): 107,5 m²/g; Ti-PILC(6): 229,15 m²/g) lo que confirma la pilarización de la estructura. La diferencia en los valores de S_BET entre los sólidos Ti-PILC(x) podría atribuirse a la concentración de HCl empleada. Con HCl 1 M podría favorecerse la formación de especies monoméricas de Ti de pequeño tamaño [1] incapaces de intercalarse eficazmente entre las láminas de la arcilla. Además, la elevada proporción de agua en esta solución promovería reacciones de precipitación del precursor de Ti, dando lugar a la formación de especies oxo/hidroxo de Ti o partículas TiO₂ [2], reduciendo el Ti disponible para su incorporación.