Síntesis de materiales mesoestructurados tipo SBA-15 con tamaño de poro ultra grande como soporte de catalizadores ácidos

Abstract

Desde la aparición de los primeros materiales mesoestructurados a principios de la década de los 90, un número muy elevado de investigaciones relacionadas con estos materiales se han llevado cabo. Esto se debe a las atractivas propiedades que presentan estos materiales que les convierten en candidatos ideales para la síntesis de nuevos soportes catalíticos. Antes de la aparición de estos materiales, la catálisis heterogénea a nivel industrial quedaba, prácticamente, restringida al empleo de zeolitas. Sin embargo, las zeolitas presentan diámetros de poro muy pequeños que disminuyen el rango de aplicación de la misma en distintos procesos industriales. Gracias a los materiales mesoestructurados fue posible aumentar el abanico de reacciones en las que participan reactivos de mayor tamaño al permitido en zeolitas. Recientemente, se ha sintetizado un derivado de la SBA-15 que presenta tamaños de poro ultra grandes, del orden de 20-30nm. Este nuevo avance en la catálisis permite obtener materiales con una elevada superficie específica además de un tamaño de poro muy grande. Reacciones que involucran reactivos voluminosos como la transesterificación de aceite de palma se han probado en materiales mesoestructurados tipo SBA-15 y se ha comprobado la elevada conversión de la reacción alcanzada. Por estas razones, el objetivo central de este proyecto es la síntesis y estudio de los materiales tipo SBA-15 modificados para obtener tamaños de poro de hasta 35nm. Además, también se han estudiado distintas técnicas de funcionalización (impregnación, anclaje y co-condensación) en estos materiales para obtener un mayor conocimiento sobre los mismos. Las propiedades que presenta el soporte sintetizado son una muy alta superficie específica y un elevado volumen de poros. El diámetro de poro medio alcanzado es de 34nm. El efecto del agente de hinchamiento utilizado (triisopropilbenceno), provoca la formación de cavidades esféricas que reducen el ordenamiento de largo alcance del material preparado. Este resultado se atribuye a la formación de micro esferas de surfactante durante la síntesis que evitan una correcta conformación de la fase hexagonal plana. En conjunto, el material presenta unas muy buenas características estructurales y superficiales que, a priori, lo convierte en un material adecuado para la síntesis de catalizadores para reacciones con grandes reactivos. Incorporación de funcionalidades orgánicas. En los materiales preparados a partir del soporte ya sintetizado, la técnica de impregnación resultó más efectiva a la hora de incorporar la fase activa al soporte. La estructura del soporte no se ve afectada tras la funcionalización. Si se observó una fuerte disminución del volumen de poros. Los materiales sintetizados vía co-condensación son los que presentan el mayor grado de incorporación. Este mayor grado de incorporación, también implica una pérdida del ordenamiento mesoscópico. Sin embargo, la elevada superficie específica que presentan compensa esta pérdida en el orden estructural. La etapa de oxidación del material PROP-GF resulta ineficaz dejando una parte de los centros activos anclados en forma de mercaptopropil. lo que resulta en una acidez muy baja. Evaluación catalítica de los materiales. En la reacción de acilación, el producto con mayor rendimiento fue el material perfluorosulfónico Nafion15 H. En la reacción de transesterificación, los materiales sulfónicos ST-SD y AR-SD son los que presentan la mayor conversión a FAME de los materiales ensayados. En cuanto a los materiales Nafion15 y Nafion15 H se comprobó el efecto de la protección de los silanoles. El material Nafion15 H obtuvo un mejor rendimiento por su carácter hidrófobo.