Preparación de catalizadores híbridos orgánico-inorgánico (pgma+sba-15) para reacciones de epoxidación

Abstract

Los principales procesos industriales del sector químico dedicados a epoxidación emplean catalizadores homogéneos. Las razones más importantes para el uso de este tipo de catalizadores se deben a la gran selectividad que poseen sus centros activos y la gran conversión que producen en reacción. Por el contrario, debido a su propia naturaleza, este tipo de catalizadores son difíciles de recuperar una vez se ha llevado a cabo la reacción, lo que supone un importante problema, tanto desde el punto de vista económico, como ecológico y ambiental. Por estas razones, desde hace un tiempo se esta produciendo una heterogeneización de estos catalizadores permitiendo su recuperación e intentando que sean lo más selectivos posibles. Industrialmente los principales catalizadores heterogéneos para los procesos de epoxidación están basados en titanio soportado en sílice, pero presentan problemas debido a la sensibilidad de las especies de titanio hacia procesos de desactivación por quimisorción de especies polares. En los últimos tiempos, se esta extendiendo el uso de molibdeno como centro activo, ya que se ha demostrado que posee una gran actividad catalítica y tiene una menor sensibilidad hacia los procesos de desactivación. Una de las líneas de investigación del Grupo de Ingeniería Química y Ambiental de la Universidad Rey Juan Carlos estudia la posibilidad de sintetizar catalizadores heterogéneos para reacción de epoxidación con el fin de paliar los problemas que surgen con los catalizadores homogéneos. El presente proyecto estudia la síntesis, caracterización y aplicación catalítica de materiales híbridos orgánicos-inorgánicos mesoestructurados con molibdeno para reacciones de epoxidación. El comportamiento catalítico de los diferentes materiales estudiados en este proyecto, ha sido evaluado en la reacción de epoxidación de 1-Octeno con terbutilhidroperoxido (TBHP) en un reactor discontinuo a 100 ºC y presión atmosférica. Se ha estudiado la reutilización de los catalizadores en reacciones sucesivas con motivo de evaluar la conversión y la selectividad y determinar su estabilidad. Las principales actividades realizadas a lo largo del desarrollo del proyecto han sido las siguientes: 1. Síntesis y caracterización de materiales mesoestructurados de tipo SBA-15 con un 15 % en peso de (3-Aminopropil)-trietoxisilano y posterior silanización y bromación para desactivar los grupos hidroxilos superficiales y formar la especie iniciadora de la polimerización. 2. Polimerización del monómero glicidil-metacrilato sobre las especies iniciadoras a diferentes tiempos de reacción con el fin de controlar la cantidad de polímero generado en el interior de los poros.3. Estudio para mejorar la porosidad de los materiales híbridos reduciendo la cantidad de aminopropil (5 y 10 %) y, por tanto, el número de especies iniciadoras ancladas así como empleando un agente de hinchamiento (TMB) durante la síntesis. 4. Incorporación del molibdeno al material híbrido mediante la apertura de los grupos epóxidos del polímero anclado reaccionando con aminometilpiridina. 5. Test catalítico de algunos de los materiales híbridos en la epoxidación de 1-octeno. Los resultados obtenidos mostraron que los materiales híbridos con un 15 % en aminopropil, tenían buenas propiedades texturales antes de la reacción de polimerización. Tras la reacción de polimerización, se produjo el taponamiento de los poros por parte del polímero en aquellos materiales preparados con tiempos de reacción de polimerización superiores a 1 hora. Por su parte, los catalizadores preparados con 10 y 5 % en aminopropil sufrieron un elevado llenado de los poros en la reacción de polimerización de forma que las porosidades obtenidas fueron peores de lo esperado. El catalizador con un 10 % en aminopropil sintetizado empleando agente de hinchamiento (TMB) conservó parte de su porosidad tras la reacción de polimerización y sus propiedades texturales eran más adecuadas para la catálisis. Las reacciones de epoxidación mostraron que para todos los materiales ensayados se produjo un aumento de la conversión debido a que tras cada reacción de reutilización, los poros del catalizador se iban abriendo debido a la pérdida de polímero y a que nuevos centros activos quedaban expuestos para los reactivos. Así mismo, el porcentaje de molibdeno en el catalizador, se vio incrementado debido a la pérdida de polímero producida tras las reacciones, lo que produjo el aumento de la concentración de los centros activos.