Synthesis and characterization of mesoporous catalysts type MCM-41 and SBA-15 modified with 12-tungstophosphoric acid

• Pedro Rodríguez ^[1] ; Fernando Aguirre ^[1] ; Eleida Sosa ^[1] ; Edder García ^[1] ; Marlin Villarroel ^[1] ; Álvaro Uzcategui ^[1] ; Héctor Del Castillo ^[1] ; Ernesto Bastardo ^[2] ; Freddy Imbert ^[1]
  1. [1] Universidad de Los Andes

     Universidad de Los Andes

     Colombia

     
  2. [2] Universidad Nacional Experimental Sur del Lago Laboratorio de Análisis Químico
• Localización: Revista de la Sociedad Química del Perú, ISSN-e 2309-8740, ISSN 1810-634X, Vol. 75, Nº. 4, 2009, págs. 464-472
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Síntesis y caracterización de catalizadores mesoporosos del tipo MCM-41 y SBA-15 modificados con ácido tungstofosfórico
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  • español

    Las sílicas mesoestructuradas desde que se sintetizaron por primera vez en 1992, han representado una excelente opción como soportes de catalizadores heterogéneos y más recientemente en los catalizadores homogéneos, debido a su elevada área superficial (>800 m² gr-1) y estabilidad hidrotérmica. No obstante, al estar constituidas solamente por silicio y oxígeno no presentan ningún tipo de actividad química. Entonces la impregnación húmeda es una efectiva opción para proveer a estos sólidos de actividad. Por medio de esta técnica se incorporan sobre la superficie tanto interna como externa de los mesoporos las especies activas. En este caso en particular, dos especies de sílicas mesoporosas del tipo MCM-41 y SBA-15 fueron impregnadas con ácido tunstenofosfórico. Este ácido es un sólido cuya acidez supera a la encontrada para el ácido sulfúrico, lo cual permite catalogarlo como un superácido. Las reacciones de alquilación comercialmente se llevan a cabo en presencia de ácido fluorhídrico (HF), lo que representa un elevado riesgo de contaminación y seguridad, debido a su alto poder corrosivo. Una excelente opción a este tipo de sustancias reactantes en las reacciones de alquilación la constituye el empleo de catalizadores heterogéneos. Las sílicas MCM-41 y SBA-15 impregnadas con ácido tunstenofosfórico, además de proveer una alta acidez y elevada área superficial, constan de un sistema amplio de mesoporos (Dp =20 y 50 nm). Esto permite que moléculas pequeñas (n-pentano e isobutileno) se conviertan en moléculas relativamente grandes (isononano), las cuales contribuyen a mejorar el octanaje de las gasolinas. Los materiales mesoporosos (MCM-41 y SBA-15) fueron sintetizados hidrotérmicamente a 373K utilizando CTMABr (bromuro de cetil-trimetil-amonio) como agente estructural. Los catalizadores fueron preparados con diferentes porcentajes de ácido tunstenofosfórico (10, 15, 20, 25, 30% p/p) en metanol bajo agitación. Los sólidos fueron caracterizados mediante DRX, Fisisorción de N2, SEM y EDX. Los resultados de DRX sugieren que las muestran sintetizadas se corresponden con estructuras mesoporosas. Además los difractogramas de las muestras a porcentajes bajos (<25%) de ácido no muestran picos de difracción; no obstante, a porcentajes altos se observan algunos picos de difracción correspondientes quizás a agregados del ácido tunstenofosfórico. Los valores de área superficial disminuyen conforme se aumenta el porcentaje de ácido en los soportes, en tanto que los análisis morfológicos de las muestras sin impregnar no presentan cambios apreciables con la presencia del ácido. Lo que sugiere que las partículas del ácido se encuentran altamente dispersas.

  • English

    Mesoporous materials (MCM-41 and SBA-15) were hydrothermal synthesized at 373 K, using bromide, cetyl-trimethyl-ammonium (CTMABr) as a directing structural agent. The catalysts were prepared with different percentages of tungstophosphoric acid (10, 15, 20, 25, 30% w/w) in methanol under stirring. The solids were characterized by XRD, Nitrogen physisorption, SEM and EDX. The XRD results suggest that the synthesized samples are consistent with mesoporous structures. Nevertheless, the diffractograms of the samples with low percentages (<25%) of acid, show no diffraction peaks, however, at high percentage, there are diffraction lines that correspond to aggregates of tungstophosphoric acid. The surface area decreases with increasing the percentage of acid in sample, while the morphological analysis of impregnated samples show no appreciable change in the presence of acid. This suggests that acid particles are highly dispersed.