La finalidad de realizar estudios de DRX en esta investigación, fue la de identificar y/o cuantificar fases cristalinas, así como la de obtener la composición química de los materiales empleados en las diferentes etapas del procesamiento. Los estudios se realizaron en cada uno de los compuestos iniciales: PTP, vidrio Pyrex® y almidón de papa.
En la figura 3.3, se muestran los patrones de difracción de rayos-X correspondientes a las muestras obtenidas en el proceso de síntesis de los PTP, mediante la ruta de precursores en sales fundidas. Los detalles de la síntesis de cada material, se describen en el apartado de metodología experimental de esta investigación.
Las fases cristalinas contenidas en la composición seleccionada, como la óptima, presentaron una naturaleza semi-cristalina, para un valor de N (K20/TiO2) de 5.1. Con esta proporción las principales intensidades de difracción en el análisis DRX se obtuvieron en los ángulos 2θ de 11.2, 23.9, 29.8, 33.1, 34.7, 37.8, 43.1, 47.5, 47.7, 51.9, 55.1, 57.3, 58.7, 59.2, 61.9 y 66.4°(principales reflexiones en volumen). Con estos datos fue imposible identificar las fases utilizando la base de datos
ICDD versión 2004. Sin embargo se encontró que, algunos tipos de titanatos alcalinos mezclados, de
Materia prima Tamaño promedio de partícula (μm)
Polititanato de potasio 31.9
Almidón de papa 64.0
Vidrio Pyrex 36.1
Tabla 3.1. Resultados de distribución de tamaño de partícula para los materiales de partida (Técnica laser-Coulter).
Resultados y Discusión
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estructura laminar poseen un orden de reflexiones muy parecido al de los PTP que corresponden a las identificaciones de K0.8Li0.27Ti1.73O4, ICDD con número de carta=01-089-5420; y K0.8Mg0.4Ti1.6O4, ICDD con número de carta 01-073- 0671. Considerando estos resultados, los PTP obtenidos después de una interacción química de TiO2, con las mezclas fundidas de KOH y KNO3, bajo condiciones de temperatura de síntesis a 500° C y con un tiempo de tratamiento de fusión de 1 hora, el material obtenido se clasificó como un polititanato de potasio laminar de radio fijo de TiO2/K2O=5.1. Los polititanatos producidos también mostraron contenidos de TiO2 sin reaccionar (figura. 3.3).
Figura 3.3. Patrón de difracción de rayos X, para una muestra de PTP, sintetizada a 500° C, con r=TiO2/K2O=5.1.
La estimación del contenido de anatasa en los polititanatos de potasio producidos, se realizó por medio de análisis cuantitativos de rayos X. Se utilizaron mezclas de proporciones conocidas de anatasa y polititanatos puros, sintetizados en las mismas condiciones, durante 6 horas de tratamiento de anatasa en sales fundidas. De acuerdo con los datos de Sánchez et al, 2008, este tiempo de tratamiento permite transformar totalmente la anatasa a PTP. El estudio de la transformación del TiO2, se fundamenta en los siguientes cálculos. El cálculo de la relación molar=5.1 de TiO2/K2O en el PTP, se estimó de acuerdo a la siguiente ecuación:
Resultados y Discusión
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Donde el [TiO2]O y el [K2O]O son los contenidos de TiO2 y K2O en los PTP, obtenidos por EDS, en análisis de microáreas; [TiO2]A es el contenido determinado de la anatasa por análisis cuantitativos de rayos X.
Los cálculos basados de acuerdo a estas relaciones, mostraron, que el contenido de TiO2 en el precursor sintetizado en esta investigación fue de 7.1 % (en peso).
Los resultados de los análisis en diferentes muestras de PTP, sintetizados y aplicados en esta investigación, empleando el método de EDS indicaron que la relación promedio de TiO2:K2O en polvo en esta investigación fue= 5.13 ±0.11 (promedio de 20 mediciones en diferentes muestras del polvo sintetizado). Es muy importante mencionar que, estos datos corresponden al sistema de dos componentes (PTP y anatasa) debido a que las partículas de ambas se dispersan muy bien en un nivel nanométrico, formando un sistema homogéneo.
En la figura 3.4, se presenta el patrón de difracción de rayos X, correspondiente a la muestra de vidrio Pyrex reciclado. El difractograma obtenido confirma que el vidrio aplicado es un producto totalmente amorfo y no contiene fases cristalinas en su composición.
Figura 3.4. Patrón de difracción de rayos X, a partir de una muestra de vidrio Pyrex®.
Por otro lado, el patrón de difracción de rayos X obtenido para almidón de papa (figura 3.5), mostró algo de cristalinidad en el polvo aplicado.
Resultados y Discusión
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Figura 3.5. Patrón de difracción de rayos X, para una muestra de almidón de papa.
La importancia de la evaluación de la cristalinidad en el almidón, radica en la relación de su temperatura de gelatinización, con respecto a su cristalinidad, por lo tanto en muestras con mayor grado de cristalinidad, mayor será la temperatura de gelatinización. Además, dependiendo de la proporción de sus componentes (amilosa y amilopectina), dependerá la capacidad de ligar materiales en verde de tipo cerámico, como lo son los compuestos de titanio (PTP) y sílice (vidrio).
Los resultados del análisis por DRX para el almidón de papa mostraron una estructura cristalina tipo B, la cual corresponde a una estructura natural de almidón, proveniente de una solución diluida (Asa et al., 2000). De acuerdo a la base de datos ICDD, fue identificado con el número de carta: 00-39-1912 (C6H10O5). Las principales intensidades de difracción identificadas, se presentaron en las posiciones a 17.2, 19.5, 22.2 24, 26.3 y 34.4°, grados 2θ de Bragg (figura 3.5). En esta investigación se utilizó un almidón de papa cuyas temperaturas de gelatinización se encontraron en el rango desde 65 a 73° C. En el apartado de análisis térmico, se describen las curvas que demuestran los efectos de las temperaturas antes mencionadas.
Resultados y Discusión
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Figura 3.6. Patrones de difracción de rayos X para: a) muestras de 100% PTP sintetizados a 500, b) con 50% PTP- 50% almidón de papa, en verde y c) 50% PTP-50% almidón de papa sinterizados a 1100° C.
En la figura 3.6, se presenta la evolución de los patrones de difracción rayos X, para muestras de materiales cerámicos en diferentes etapas del proceso de fabricación de adsorbentes cerámicos granulares. a) Muestras de cerámicos sintetizados como PTP, la fase cristalina identificada fue K0.80Ti0.40 Mg1.60O4, b) muestras de cuerpos cerámicos en verde (extrusión-secado), las fases identificadas fueron: K0.80Ti0.40 Mg1.60O4 y almidón de papa y c) muestras de cerámicos sinterizados a 1100° C, se identificó únicamente la fase de K2Ti6O13.