ESTUDIO DE TRATAMIENTOS ÁCIDO/BÁSICOS EN ZEOLITAS MONODIMENSIONALES. CORRELACIÓN ENTRE PROPIEDADES TEXTURALES Y ACTIVIDAD CATALÍTICA

Abstract

Las zeolitas se definen como aluminosilicatos cristalinos microporosos que presentan estructuras tridimensionales ordenadas de poros y canales. Los sistemas de canales de microporos pueden ser uni-, bi-, y tri-direccionales. El interés por nuevas zeolitas con estructura de poro jerarquizada, es decir, cristales de zeolita que contienen simultáneamente mesoporos y microporos interconectados, lleva consigo el desarrollo de nuevas técnicas post-síntesis para generar mesoporosidad. En este trabajo se va a hacer uso de una de esas técnicas, denominada desilicación. Se hará sobre la zeolita ZSM-22, una zeolita monodimensional con canales formados por anillos de 10 miembros.

La someteremos a diferentes condiciones post-síntesis para generar mesoporosidad. La desilicación consiste en la eliminación selectiva de sílice de la estructura de la zeolita, para así obtener una zeolita jerarquizada. Primeramente, se somete a la zeolita a un tratamiento con una disolución básica en la que el silicio se extrae preferentemente a la disolución, mientras que el Al permanece en el sólido, quedando tras el proceso una fase amorfa fuera de la estructura que bloquea parcialmente los poros de la estructura zeolítica y una segunda etapa de lavado ácido para poder eliminarla y desbloquear la microporosidad. Con estos tratamientos conseguimos zeolitas jerarquizadas especialmente prometedoras porque presentan mejor difusión preservando la acidez para su aplicación en catálisis. Los mesoporos producidos están interconectados y son accesibles desde la superficie externa del cristal de la zeolita, con ventaja en las reacciones con limitaciones difusionales.

Para poder observar estas modificaciones en las zeolitas desilicadas, haremos uso de diferentes técnicas de caracterización, como serán ICP (espectrómetro de plasma inducido), para analizar la composición química que determina relación Si/Al y la acidez, espectroscopía infrarroja (IR) de piridina, para cuantificar la acidez BrØnsted y de Lewis, y medidas de adsorción de N2, para conocer el área BET y la distribución de poros en las zeolitas obtenidas.

Finalmente estudiaremos la influencia de la mesoporosidad en la actividad del craqueo catalítico, reacción que está limitada por difusión en función del tamaño del alimento. Para ello utilizaremos como alimento olefinas C5-C6-C7, n-decano y 1,3,5-triisopropilbenceno, muy diferentes en reactividad en función de la fuerza ácida y de su tamaño cinético que afectará a su accesibilidad al sistema de microporos de las zeolitas.

Zeolites are defined as microporous crystalline aluminosilicates, that they having ordered three-dimensional structures of pores and channels. The micropore channel systems can be uni-, bi-, and tri-directional. The interest for new zeolites with a hierarchical pore structure, that is, zeolite crystals that simultaneously contain mesoporous and interconnected micropores, leads to the development of new post-synthesis techniques to generate mesoporosity. In this work, one of these techniques, desilication, will be used. It will be made on zeolite ZSM-22, a one-dimensional zeolite with channels formed by 10-member rings.

We will submit the zeolite to different post-synthesis conditions to generate mesoporosity. Desilication consists in the selective removal of silica from the structure of the zeolite, in order to obtain a hierarchical zeolite. Firstly, the zeolite is subjected to a treatment with a basic solution in which the silicon is preferably extracted to the solution, while the Al remains in the solid, leaving behind an amorphous phase outside the structure that partially blocks the pores of the zeolitic structure and a second stage of acid washing to be able to eliminate it and unblock the microporosity. With these treatments, we get hierarchical zeolites that are particularly promising because they present better diffusion preserving the acidity for its application in catalysis. The mesopores produced are interconnected and are accessible from the outer surface of the zeolite crystal, with an advantage in the reactions with diffusional limitations.

In order to observe these modifications in the desilicated zeolites, we will make use of different characterization techniques, such as ICP (induced plasma spectrometer), to analyze the chemical composition that determines Si / Al ratio and acidity with infrared (IR) pyridine spectroscopy, to quantify Brønsted and Lewis acidity, and N2 adsorption measurements, to know the BET area and the pore distribution in the zeolites obtained. We will also use the technique of transmission electron microscopy (TEM) to be able to observe at a morphological level the zeolitic structure of our samples.

Finally, we will study the influence of mesoporosity on the activity of catalytic cracking, a reaction that is limited by diffusion depending on the size of the food. For this purpose, we will use olefins C5-C6-C7, n-decane and 1,3,5-triisopropylbenzene as food, very different in reactivity depending on the acid strength and its kinetic size that will affect its accessibility to the micropore system of the zeolites.