Preparació i caracterització d'aerogels nanocomposats amb metalls. Aplicacions en catàlisi

Abstract

En la present tesi doctoral es descriu la preparació de diferents tipus d'aerogels (aerogels de sílice, híbrids orgànic-inorgànics, orgànics i de carbó) nanocomposats amb ferro, níquel, pal·ladi o europi.<br/>Per tal d'introduir aquests metalls a l'interior de l'aerogel s'han utilitzat dos tècniques diferents: la cogelificació, en la que el metall s'introdueix a l'hora que té lloc la síntesi del gel mitjançant el procés sol-gel, i la impregnació, en la que el metall s'introdueix després d'haver-se format el gel. A continuació i per tal d'obtenir els aerogels a partir dels corresponents gels dopats amb metall s'ha realitzat dos tipus d'assecats supercrítics diferents: l'assecat supercrític a elevada temperatura (en el que l'etanol es porta a les condicions supercrítiques) i l'assecat supercrític a baixa temperatura (en el que el CO2 es porta a les condicions supercrítiques).<br/>Aquests aerogels preparats s'han caracteritzat a partir de les següents tècniques: la Microscopia de Transmissió Electrònica (TEM) , la Difracció de Raigs X en pols (p-XRD), les Mesures d'Adsorció-Desorció de Nitrogen (BET) i les Anàlisis Químiques. <br/>A partir de la caracterització d'aquests aerogels s'ha procedit al seu assaig com a catalitzadors recuperables i reutilitzables en les reaccions d'addició de Michael i les reaccions de Mizoroki-Heck.<br/>Durant la realització de la present tesi també s'han preparat i caracteritzat aerogels fluorats amb els següents objectius: per una banda la obtenció d'un material superhidrofòbic i per l'altre banda la obtenció d'aerogels per evaporació del dissolvent del gel a temperatura ambient i sense un assecat supercrític. La preparació d'aquests aerogels es realitza mitjançant la fluoració dels gels de sílice amb el 1H,1H,2H,2H-perfluorooctildimetilclorosilà. Així doncs per una banda, l'assecat d'aquests aerogels a temperatura ambient dóna lloc a uns materials que, tot i que presenten una àrea superficial inferior a la dels aerogels, són porosos i mantenen l'estructura monolítica prèvia dels gels. Per altra banda els aerogels assecats en condicions supercrítiques mostren un caràcter superhidrofòbic.

In the present thesis the preparation of different kind of aerogels (silica aerogels, hybrid organic-inorganic aerogels, organic and carbon aerogels) doped with iron, nickel, palladium or europium is described.<br/>In order to introduce these metals inside the aerogels two different techniques have been applied: the cogelation process in which the metal is introduced at the same time that the gel is formed and the impregnation process in which the metal is introduced after the gel is formed. The next step is the supercritical drying of the gels to obtain the aerogels. Two different kind of dryings have been done: at high temperatures with ethanol and at low temperatures with CO2.<br/>These aerogels have been characterize with the following techniques: Transmission Electron Microscopy (TEM), powder X-Ray Diffraction (p-XRD), BET and Elemental Analysis.<br/>These aerogels have been assaied as recoverable and reusable catalysts in Michael addition reactions and in Mizoroki-Heck reactions.<br/>Florinated aerogels have also been prepared through fluorination of silica gels with 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctyldimethylchlorosilane. These aerogels have shown to be superhydrophobics. The drying of these aerogels at room temperature and under ambient pressure generates a material which is porous and it maintains its monolithity.