Fabricación de materiales porosos por medio de solidificación direccional empleando polvos nanométricos de γ −Fe2O3 y submicrométricos de TiO2

Abstract

En el presente trabajo se lleva a cabo la fabricación de piezas porosas obtenidas a partir de molienda de bolas y planetaria de polvos nanométricos de γ −Fe2O3 dopados con polvos submicrométricos de TiO2 , empleando para ello la técnica de freeze casting. Se prepararon suspensiones donde el líquido vehicular es el canfeno y el dispersante el ácido esteárico, para proporciones en peso de polvos de TiO2 del 30, 20 y 10% respectivamente. Posteriormente dichas piezas obtenidas mediante el proceso de solidificación direccional se sinterizan en un horno tubular. Una vez se ha completado la sinterización de las muestras, se procede a su caracterización mediante la realización de una serie de ensayos, como son el ensayo de Arquímedes para obtener la porosidad y la microscopía óptica, que permite conocer el tamaño de poro y la morfología de la pieza. De forma paralela a estos procesos, se ha realizado la caracterización de los polvos obtenidos a través de la molienda mediante granulometría y microscopía electrónica de barrido (SEM). El interés de este estudio reside fundamentalmente en el potencial uso de las muestras obtenidas para aplicaciones obtención de energía limpia. En concreto, mediante reacciones redox se puede obtener hidrógeno puro de forma limpia, es decir, sin impacto negativo en el medio ambiente. En este sentido, se ha comprobado que tanto las piezas porosas como óxidos de hierro dopados con materia inerte (en nuestro caso el TiO2 ) consiguen mantener la eficiencia de la reacción redox durante un mayor número de ciclos, de forma que el presente estudio sienta las bases para posteriores investigaciones que sigan esta línea de trabajo.

In this project, the manufacture of porous pieces obtained from ball-milling and planetary-milling of nanometric γ −Fe2O3 powders doped with submicron TiO2 powders is carried out via freeze casting technique. Suspensions were prepared using camphene as a carrier liquid and stearic acid as a dispersant for TiO2 weight ratios of 30, 20, and 10%, respectively. Subsequently, those obtained by means of the freeze casting process, are sintered in a tube furnace. Once the sintering has been completed, we proceed to their characterization by performing a series of tests, including the Archimedean test and optical microscopy, which allow knowing samples’porosity as well as the pore size and morphology. Parallel to these processes, the characterization of the powders obtained through milling has been carried out using granulometry and scanning electron microscopy (SEM). The interest of this study resides fundamentally in the potential use of the samples made for applications to obtain clean energy. Specifically, through redox reactions, pure hydrogen can be obtained cleanly, that is, without a negative impact on the environment. In this sense, it has been proven that both porous pieces and iron oxides doped with inert matter -TiO2 in our study- help to maintain the efficiency of the redox reaction during a greater number of cycles. Therefore, the present study lays the foundations for further research that follows this line of work.