Síntesis de Acetato de cobalto (II) Co(CH3COO)2 y un óxido mixto de Níquel y Cobalto a partir de hidrotalcita

Síntesis de Acetato de cobalto (II) Co(CH3COO)2 y un óxido mixto de Níquel y Cobalto a partir de hidrotalcita

Ocampo Juliana, Vargas Pinilla Paula Andreaa,

aDepartamento de Química, Facultad de Ciencias. Universidad Nacional de Colombia

1. Introducción

El estudio de compuestos que contienen metales de transición toma gran relevancia principalmente en el área de catálisis. Dado esto, metales como el cobalto y el níquel han sido empleados como catalizadores en reacciones tales como la oxidación del etanol1,2. Su alto uso se debe a que son metales capaces de formar estructuras jerárquicas versátiles3 y estables. Adicionalmente, el empleo de estos metales contribuye a la mejora del medio ambiente puesto que catalizan la degradación de diferentes contaminantes tales como el fenol y se emplean para la producción de hidrógeno que es una fuente de energía renovable, esto a partir de la oxidación del etanol previamente mencionada 2,4.

Las sales de cobalto con ácidos orgánicos son atractivas como agentes de secado para pinturas en aceites y barnices, como por ejemplo oleatos, resinatos, entre otros más, debido a la naturaleza redox del Cobalto.  Además, también se emplean como dispersantes de soluciones oleosas5-7.  Finalmente, los óxidos mixtos tipo hidrotalcitas son atractivos dado que permite la modificación de la estructura natural del material arcilloso, gracias a modificaciones de la estructura introduciendo Ni-Co y por tanto aumentando su aplicación en el diseño de catalizadores1,2.

1. Metodología

2.1 Síntesis de compuestos

2.1.1 Acetato de Cobalto (II)

Se emplean dos precursores diferentes para la síntesis controlando las condiciones de temperatura, agitación y volumen de reacción. Se disuelven 2,3307 g de Co(NO3)2 6 H2O sólido en 10,0 mL de agua destilada y se agregan 10,0 mL de disolución 1,5 M NaOH (pH 10,2); se deja reposar la suspensión. Por otra parte, se disuelven 2,2176 g de CoCl2 6 H2O sólido en 10,0 mL de agua destilada, y se agrega 10,0 mL de disolución 1,5 M NaOH (pH 10,6) y el sólido formado se separa por centrifugado y posterior lavados en filtración con agua destilada.

El hidróxido de cobalto (II), sólido o en disolución, se hace reaccionar con 10,0 mL de ácido acético 25%. La disolución (CoAc-I) se lleva a calentamiento a 70 °C con agitación constante durante 5 horas, dándose la reacción de neutralización y se deja reposar por 2 semanas. A partir del sólido (CoAc-II) se calienta a 60 °C con agitación por 3 horas, se deja por 2 horas sin calentamiento y reposa posteriormente una semana. Para purificar, se disuelven en un mililitro de agua y se agrega acetona. Luego se deja secar.

2.1.2 Óxido mixto Ni-Co 1:2 / 20% wt

La síntesis se basó en el método de coprecipitación, por lo cual, se dispuso en solución acuosa de Mg(NO3)2·6H2O (5,3739 ± 0,0001 g), Al(NO3)3·9H2O (3,9270 ± 0,0001 g), Ni(NO3)2·6H2O (1,0781 ± 0,0001 g) y Co(NO3)2·6H2O (2,0279 ± 0,0001 g) y se adiciona por goteo a una solución de K2CO3 0,4 M (105 mL) manteniendo una temperatura de 65 ºC y un pH de 10,5; esto mediante la adición de NaOH 1,5 M con agitación. Esta mezcla de reacción se realizó por duplicado, por un lado, una de estas mezclas se dejó envejecer por 18 horas a temperatura ambiente. Por otro lado, la segunda mezcla de reacción se divide en dos, sometiéndose a microondas, una de las fracciones con una rampa de temperatura desde 30 a 120 ºC por 10 minutos y la otra fracción con una potencia fija de 600 W por 10 minutos. Posteriormente se hizo el lavado con agua desionizada de las tres mezclas, llevando a cabo un centrifugado de las mezclas asistidas por microondas y se secaron a 80ºC por 24 horas los sólidos resultantes. Por último, se calcinaron a 500ºC por 16 horas, obteniendo tres óxidos mixtos de Ni-Co2,4.

2.2 Caracterización de los compuestos 

2.2.1 Equipos

Los equipos empleados para la caracterización de los compuestos obtenidos fueron suministrados por la Universidad Nacional de Colombia. Por una lado, la difracción de rayos X (DRX) se registró con un equipo X’pert Pro MPD de la casa PANalytical con ánodo de Cu (λ=1.54056 Å). Por otra parte, los espectros por infrarrojo (IR) se tomaron empleando el método de pastilla de KBr en el espectrómetro Thermo Scientific Nicolet iS10 con un intervalo de número de onda de 4,000– 400 cm-1. Así mismo, los espectros por Raman se realizaron con un equipo Thermo Scientific DXR Raman microscope, láser de 532 nm. En cuanto a los análisis termogravimétricos (TGA), se llevaron a cabo en una mufla Trade Raypa HM-2 MP con tiempos de medida de 30 minutos; también, se tomó un TGA de un precursor tipo HT con un instrumento Q500 con una precisión de 0.001 mg. Por último, para la medida del punto de fusión y conductividad se emplearon un fusiómetro Stuart Scientific SMP10 y un conductímetro Jenway 4510, respectivamente.

2.2.2 Métodos de caracterización

2.2.2.1 Acetato de Cobalto (II) tetrahidratado

Los sólidos obtenidos se caracterizaron por espectroscopia de infrarrojo, espectroscopía Raman. Se toma punto de fusión, ensayos de solubilidad, y pH. Se evalúa la pureza mediante titulación complejométrica. El análisis termogravimétrico se obtuvo evaluando la pérdida de masa en función de la temperatura.

2.2.2 2 Óxido mixto Ni-Co 1:2 / 20% wt

Por un lado, para la caracterización de los óxidos mixtos (OM) se les tomaron DRX, IR y Raman. A su vez, se realizó una prueba de memoria por medio de la adición de agua desionizada en una proporción 1:1 p/p y se tomaron DRX de muestras en intervalos de tiempo de 1 hora, 1 semana y 3 semanas, esto con el óxido procedente del método por envejecimiento.  A los precursores tipo hidrotalcita (HT) se les tomó espectros IR y Raman y se realizaron análisis termogravimétricos manuales para las HT asistidas por microondas y TGA en el grupo ESCA para la HT por envejecimiento.

2.2.3 Tratamiento de datos

El análisis de los DRX se hizo por medio de los programas X’pert HighScore Plus® y Match!, empleando la base de datos JCPDS (Joint Committee of Powder Diffraction Standards). En cuanto a los datos de los espectros IR, Raman y el TGA se analizaron estadísticamente utilizando el programa Microsoft Excel 2016 y GraphPad Prism 9.

1. Análisis y Resultados 

3.1 Acetato de Cobalto (II)

​La síntesis del acetato de cobalto (II) se realiza a partir de la formación de hidróxido de cobalto basado  en una reacción de neutralización  entre el intermediario que se genera y el anión acetato proveniente del ácido acético.

2 CH3COOH  (ac) + Co(OH)2 (s) → Co(CH3COO)2  (ac) +  2H2O  (l)

Los precursores empleados dan origen a un sólido azul que rápidamente se convierte en rosa. La variable fundamental que se controla es el volumen de mezcla, importante para la cristalización del sólido. Además, los procedimientos de síntesis tienen condiciones de agitación y temperatura diferenciadas que condicionan la cinética de nucleación, permitiendo o no la formación de varios núcleos de pequeño tamaño o muy pocos que logran crecer bastante. Esto se evidencia en la apariencia de los sólidos obtenidos.

...