Obtención y caracterización de nanopartículas de sílice a partir de la cascarilla de arroz para estudiar el efecto de su inclusión en las propiedades de las placas de fibrocemento

El fibrocemento es un material liviano y resistente usado en la construcción. Está compuesto de cemento, sílice, carbonato, bentonita, fibras de celulosa y fibras de PVA. Con el fin de obtener nanopartículas de sílice a partir de un desperdicio tan abundante como la cascarilla de arroz y mejorar la resistencia del ibrocemento, en este trabajo se estudió una forma alternativa de obtener nanosílice y determinar el efecto de su adición en diferentes porcentajes (0, 3, 5 y 7%) sobre las propiedades mecánicas, morfológicas y térmicas del material. Para la obtención de las nanopartículas se incineró la cascarilla de arroz, se hizo un tratamiento químico a la ceniza para remover impurezas y finalmente se realizó la molienda mecánica de alta energía para la reducción de su tamaño hasta una escala nanométrica. Para la elaboración de las placas de fibrocemento se adicionaron nanopartículas de sílice en diferentes porcentajes (w/w) con relación a la cantidad de cemento. Posteriormente se permitió un curado en aire de 28 días para lograr el fraguado y la reacción entre los componentes y el compactamiento de la placa. La caracterización de la sílice se hizo por análisis termogravimétrico para investigar la degradación térmica de la cascarilla y eliminación de componentes orgánicos. La pureza y la composición química elemental de la sílice lixiviada con ácido se determinaron por medio de la fluorescencia de rayos-X. Por difracción de rayos-X se identificaron las fases mineralógicas de la nanosílice. Con microscopía electrónica de barrido se observaron los cambios morfológicos causados por la molienda y con microscopía electrónica de transmisión se determinó el tamaño de las nanopartículas obtenidas en el proceso. Por medio de isotermas de absorción de nitrógeno se calculó el área superficial de las nanopartículas. En la caracterización mecánica del fibrocemento se midió el módulo de rotura y el módulo de elasticidad. Se usó también análisis termogravimétrico para evaluar la presencia de portlandita como resultado de la interacción de las nanopartículas con la matriz cementicia. Los resultados indicaron que entre 150-450°C se liberaba el material orgánico de la cascarilla, y por encima de 550°C se obtiene ceniza rica en sílice. La pureza de la sílice se incrementó hasta un 98.48%, usando el tratamiento químico. La reducción del tamaño de partícula por molienda mecánica a 600 rpm durante 3 h se logró hasta el tamaño de nanómetro. La nanopartículas obtenidas son de forma esféricas con un diámetro entre 14 y 28 nm. La fase amorfa de la nanosilice se corroboró a través del pico muy ancho correspondiente al plano (101) del óxido de sílice. Se alcanzó un aumento sustancial de dos órdenes de magnitud del área superficial específica de nanopartículas, en comparación con partículas sin molienda. Se encontró que el porcentaje de adición de nanopartículas que optimiza las propiedades funcionales del fibrocemento es del 5%, debido a mayor generación de tobermorita, a partir de la reacción puzolánica entre la nanosílice y la portlandita, la cual contribuye a su resistencia mecánica. También se evidenció una disminución de la cantidad de porlandita presente en las placas conforme se incrementó el porcentaje de adición de nanopartículas. La cascarilla resulta ser fuente natural de silicio que puede ser llevado a tamaño de nanométrico mediante un proceso de bajo costo como la molienda mecánica y al adicionarse en una proporción adecuada en el fibrocemento mejora su resistencia y desempeño funcional (Texto tomado de la fuente)

• Autores: Hincapié Rojas, Daniel Fernando
• Fecha de publicación: 2017
• Institución: Universidad Nacional de Colombia
• Repositorio: Universidad Nacional de Colombia
• Idioma: spa
• OAI Identifier: oai:repositorio.unal.edu.co:unal/63677
• Acceso en línea: https://repositorio.unal.edu.co/handle/unal/63677; http://bdigital.unal.edu.co/64134/
• Palabra clave: 5 Ciencias naturales y matemáticas / Science; 53 Física / Physics; Nanopartículas; Silice; Cascarilla de arroz; Molienda mecánica; Fibrocemento; Tobermorita; Porlandita; Nanoparticles; Silica; Rice Husk; Mechanical ball milling; Fibercement; Tobermorite; Portlandite
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• License: Atribución-NoComercial 4.0 Internacional