Catalizadores magnéticos basados en Óxidos de Hierro: Síntesis, Propiedades y Aplicaciones

Magnetic catalysts based on Iron Oxides: Synthesis, Properties and Applications

Esta revisión se centra en las propiedades magnéticas, estructura, síntesis y aplicación como catalizadores de las nanopartículas magnéticas de óxidos de hierro. En los últimos años son muchos los avances logrados respecto a su síntesis, control del tamaño y forma, donde se destacan métodos como la co-precipitación, microemulsión, síntesis hidrotermal y solvotermal, entre muchas otras. Pero debido a que las nanoparticulas de óxidos de hierro son fácilmente oxidables por el medio ambiente y por medios ácidos, se ve la necesidad de recubrirlas o protegerlas con materiales no magnéticos que en muchos casos funcionan también como sustancias funcionalizadoras a las cuales se une la fase activa. Así, es amplio el abanico de posibilidades de sustancias y compuestos protectores, tales como óxidos inorgánicos, polímeros y metales, al igual las técnicas para su funcionalización. Las nanopartículas magnéticas una vez funcionalizadas pueden usarse como bloques de construcción para la fabricación de una gran variedad de sistemas catalíticos, y en este trabajo se revisará brevemente algunos de estos sistemas y su aplicación en diferentes procesos como reacciones de Síntesis Orgánica, fotocatálisis y eliminación de metales y otras sustancias en aguas residuales, por citar algunos ejemplos. Finalmente, se delinearán algunas tendencias y perspectivas futuras en estas áreas de investigación.

1. INTRODUCCIÓN

En las últimas décadas, la síntesis de nanopartículas magnéticas (NPMs) de óxidos de hierro se ha desarrollado intensamente, no solo por su interés científico fundamental, sino también por sus múltiples aplicaciones tecnológicas, dentro de las cuales se destacan: medios de almacenamiento magnéticos tanto analógicos como digitales [1], aplicaciones de biosensores [2], dispositivos médicos como agentes de contraste de Resonancia Magnética por Imágenes (RMI), terapia magnética y administración controlada de fármacos [3,4], aplicaciones medio ambientales como remediación y tratamientos de agua mediante eliminación de contaminantes [5,6], en la ciencia de los materiales [7] y en nanocatálisis [8-10], entre otros.

Centrándonos en el campo de la catálisis, los procesos a gran escala con catálisis heterogénea a menudo requieren que la separación y recuperación del catalizador, del medio de reacción, sea muy eficiente, tanto para minimizar la pérdida del catalizador, como para evitar la contaminación de los productos y reducir costos de producción. En el caso de partículas grandes de catalizador, normalmente se pueden retener en reactores o ser separados de los productos por filtración convencional o por centrifugación, pero cuando son nanomateriales, la recuperación utilizando los métodos convencionales es ineficiente y costosa, lo que impide su uso en la industria.