Estudio de la derivatización química de grupos funcionales en superficies carbonosas derivadas de coque de petróleo

Abstract

RESUMEN De acuerdo a evidencias de adsorción-desorción de nitrógeno, adsorción de dióxido de carbono, titulaciones Boehm y mediciones del pH de potencial cargo cero, la activación de coque de petróleo venezolano con disoluciones de NaOH al 64 % de producción nacional genera “carbones activados” (según la temperatura y relación NaOH:Coque) con una microporosidad y mesoporosidad específica; además de grupos funcionales superficiales ácidos oxigenados y básicos (cuya identidad es un tópico de discusión). Cuando los “carbones activados” o coque venezolano son funcionalizados o derivatizados por tratamiento con H2SO4, HNO3, H2SO4:HNO3 3:1 al 25 %, en mayor medida para los “carbones activados”, la acidez superficial se incrementa considerablemente e inclusive la distribución de grupos oxigenados ácidos (-COOH, Ar-OH, -COOC-); siendo el HNO3 el agente que más promueve modificaciones. El tratamiento con H2SO4, a pesar de usar una disolución al 25 %, promueve (según análisis elemental) la incorporación de hasta 2 % másico de azufre en la matriz carbonosa, como especies -SO3H. Al mezclar el H2SO4 con HNO3 (H2SO4:HNO3 3:1) se generan grupos -NO2 a la superficie de los materiales y de acuerdo a la espectroscopía fotoeléctrica de rayos X (región N 1s) e incremento del pH de potencial cargo cero a valores básicos (8,9-9,2) estos grupos desaparecen para formar grupos -NH2 debido a la reducción química con polvo de hierro-ácido acético. El tratamiento con surfactante catiónico HDTMA, independientemente del material carbonoso y de acuerdo a los análisis por espectroscopía infrarroja, modifica la superficie de los materiales. Los cambios en el carácter hidrofílicohidrofóbico de los coques de petróleo y “carbones activados” funcionalizadosderivatizados son promovidos por el incremento de la funcionalización superficial ácida (modificación química superficial en el caso del HDTMA) o la microporosidad estrecha. Dependiendo del grado de transformación química superficial o la distribución superficial de centros hidrofílicos los materiales pueden mostrar afinidad total por agua o compartida con una fase orgánica como tolueno.