Volumen II - SAM

Congreso SAM/CONAMET 2009 Buenos Aires, 19 al 23 de Octubre de 2009
ESTUDIO DE LA DISTRIBUCIÓN DE TAMAÑO DE POROS EN MATERIALES
MESOPOROSOS TIPO MCM-41 MEDIANTE SIMULACIÓN COMPUTACIONAL
J. Villarroel, D. Barrera, R. López, K. Sapag
Instituto de Física Aplicada – CONICET, Dpto de Física, Facultad de Cs. Físico Matem. y Nat.
Universidad Nacional de San Luis. Chacabuco 917, San Luis, Argentina.
E-mail (autor responsable): jhoviro@hotmail.com
E-mail (alternativo): sapag@unsl.edu.ar
RESUMEN
Los materiales mesoporosos ordenados como los MCM-41 tienen una fuerte influencia sobre los procesos en
los cuales son aplicados, fundamentalmente por el tamaño de poros definido que presenta. Los MCM-41 son
utilizados en la adsorción de moléculas orgánicas, separaciones cromatográficas y como anfitriones para
confinar moléculas huésped y arreglos atómicos, además de su amplia aplicabilidad en catálisis. Varios
autores han planteado estudiar la distribución de tamaños de poros aplicando métodos como el de la Teoría
Funcional de la Densidad (DFT), el de Barret, Joyner y Halenda (BJH), el de Dollimore and Heal (DH),
encontrando diferentes resultados y no llegando a un acuerdo común acerca de cuál es el método más
apropiado. A partir de las isotermas de adsorción de una serie de materiales tipo MCM-41 sintetizados en
nuestro laboratorio se analizó la distribución de tamaños de poros por los distintos métodos comúnmente
propuestos. Mediante simulación computacional, se recalculan estos resultados encontrando algunas
inconsistencias, por lo que se propone una corrección a los mismos, respetando como dato valido los de la
isoterma experimental y encontrando términos de corrección al radio de Kelvin para cada una de las
muestras analizadas.
Palabras clave: MCM-41, Distribución de tamaño de poro, Simulación, Ecuación de Kelvin, Método
Dollimore y Heal
1. INTRODUCCIÓN
Materiales porosos como los M41S, específicamente el MCM-41, juegan un papel de gran importancia en un
sinnúmero de procesos fisicoquímicos, entre ellos los relacionados con catálisis, adsorción y procesos de
separación [1] entre otros. Los MCM-41 son materiales ordenados que presentan un arreglo hexagonal de
poros cilíndricos con diámetros que pueden variar entre 15 y 100 Å [2]. Por su morfología y tamaños de poro
definidos son atractivos para diversas aplicaciones, pues pueden ser obtenidos con características específicas
mediante el control de variables en la síntesis tales como: tipo y cadena de surfactante, fuente de sílice, un
catalizador y el agua necesaria para alcanzar las condiciones requeridas [3].
Por la relevancia de su porosidad, diversas técnicas de caracterización y métodos de estudio se han
desarrollado para la determinación del tamaño de poro. La técnica convencional más utilizada para determinar
el tamaño de poro es la de adsorción-desorción de nitrógeno [4]. Se han desarrollado amplios estudios y
teorías para la evaluación de la distribución de tamaño de poros más adecuada para este tipo de materiales,
entre los cuales están los métodos basados en la ecuación de Kelvin [4], Horvath-Kawazoe [5] y simulación
computacional. Entre los métodos basados en simulación computacional se encuentran el de la Teoría
Funcional de la Densidad (DFT) [6] y Simulación de Monte Carlo [7] entre otros. Algunos de los métodos que
utilizan como base la ecuación de Kelvin son: Barret, Joyner y Halenda (BJH) [8], Pierce [9], Dollimore y
Heal (DH) [10] Broekhoff y de Boer (BdB) [11] entre otros, encontrando diferencias en los resultados de cada
uno de ellos sin llegar a un punto en común acerca de cuál es el método más apropiado debido a que cada uno
de estos tiene sus propias consideraciones y rangos de aplicabilidad.
Dado que los MCM-41 son materiales mesoporosos con poros cilíndricos, el método BJH es el más utilizado
para su caracterización [12], puesto que entre sus consideraciones se incluye principalmente materiales en este
rango de poros y con esta morfología específica. Sin embargo, los métodos de Pierce y DH son del tipo BJH
mejorados. El método de Pierce considera adicionalmente el área de la pared de los poros pero no la variación
en su longitud, la cual sí es tenida en cuenta en el método propuesto por Dollimore y Heal.
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