Nuevos catalizadores para la epoxidación de olefinas basados en materiales híbridos PGMA-sílice mesoestructurada

Abstract

La mayoría de los procesos industriales de epoxidación de olefinas emplean catalizadores homogéneos de metales de transición, como titanio o molibdeno. Estos catalizadores presentan una elevada actividad y selectividad, pero son difíciles de recuperar tras la reacción, lo cual supone un importante problema, tanto económico como medioambiental. Debido a ello, desde hace un tiempo se intenta heterogeneizar estos catalizadores, procurando que sean lo más selectivos posible. Desde la década de los 70, se emplean catalizadores heterogéneos basados en titanio sobre materiales zeolíticos, pero presentan dos importantes problemas: la elevada sensibilidad de las especies de titanio y el reducido tamaño de poro de las zeolitas, que dificulta la difusividad en si interior. Por ello, en los últimos años se ha investigado la posibilidad de sintetizar catalizadores basados en complejos de molibdeno, soportados sobre materiales mesoestructurados, ya que este metal posee una elevada actividad catalítica y es menos sensible a los procesos de desactivación. Los materiales mesoestructurados, por su parte, resultan idóneos como soportes, ya que presentan una elevada superficie específica, un tamaño de poro superior al de las zeolitas, y una elevada estabilidad térmica. En el presente proyecto de investigación, se ha estudiado la síntesis y caracterización de dos de estos materiales mesoestructurados: el SBA-15 y el SBA-16, con estructura porosa bidimensional hexagonal y cúbica tridimensional, respectivamente. Además, se ha estudiado la funcionalización orgánica de estos materiales, y la posterior incorporación de centros catalíticos metálicos, así como la evaluación del comportamiento catalítico de los mismos. Para ello, las principales actividades realizadas han sido las siguientes: 1-Síntesis y caracterización de materiales SBA-15 y SBA-16, a distintas temperaturas de envejecimiento de los mismos, a fin de observar las variaciones producidas en la estructura porosa. 2-Funcionalización orgánica de los materiales,para crear centros de anclaje metálicos, y posterior incorporación de centros metálicos de molibdeno, wolframio y oro. 3-Realización de ensayos catalíticos de epoxidación, empleando como sustratos 1-octeno y ciclohexeno y terc-butil hidroperóxido como oxidante, a 80ºC y a presión atmosférica. Los resultados obtenidos mostraron que los materiales mesoestructurados presentan unas buenas propiedades texturales, que se ven modificadas al variar la temperatura de envejecimiento, ya que al aumentar esta, se produce un incremento en el diámetro de los mesoporos. Tras la incorporación de las especies orgánicas se observó una drástica reducción de la porosidad de los materiales debida al taponamiento de los poros en todos los casos excepto para el SBA-15 envejecido a la mayor temperatura, que presenta un mayor diámetro de poro inicial. Las reacciones de epoxidación mostraron que los resultados obtenidos con los catalizadores de molibdeno son muy superiores a los obtenidos con wolframio u oro, tanto en rendimiento y selectividad al epóxido, como en eficacia en el consumo de oxidante.