Síntesis de zeolitas empleando agentes orgánicos directores de estructura fosforados

Abstract

[ES] Este proyecto tiene por objeto la preparación de zeolitas en distintas composiciones y condiciones de síntesis empleando cationes orgánicos que contengan fósforo como agentes directores de estructura (ADE). La sustitución de nitrógeno por fósforo en los cationes orgánicos que se emplean habitualmente como agentes directores de estructura en la preparación de zeolitas tiene la ventaja de su mayor estabilidad en las condiciones de síntesis. Por ello, es este trabajo se pretende explorar la capacidad de algunos de estos cationes para obtener zeolitas conocidas o nuevos materiales. En concreto, el plan de trabajo del proyecto abarca los siguientes apartados: En primer lugar, hay que obtener los cationes orgánicos que contienen fósforo y que en algunos casos habrá que sintetizar previamente. Así, algunos de los ADEs forforados se encuentran disponibles comercialmente en forma de sales de haluro y únicamente será necesario llevar a cabo un proceso de intercambio iónico con una resina aniónica para tener el hidróxido del ADE necesario para la síntesis de zeolitas. En otros casos, se partirá de las fosfinas correspondientes y habrá que llevar a cabo reacciones de alquilación con haluros de alquilo para tener las sales de los cationes fosfonio que se someterán a intercambio iónico de forma similar a lo descrito anteriormente para tenerlos en forma de hidróxido.

Síntesis de zeolitas en su composición puramente silícea empleando como ADEs los hidróxidos de los cationes orgánicos conteniendo fósforo obtenidos. Se emplearán también otras composiciones químicas en los geles de partida con el fin de incorporar otros elementos, tales como Ge, Al o B a las zeolitas obtenidas. Asimismo, se realizarán experimentos de síntesis empleando como agente movilizador de la sílice tanto aniones fluoruro como hidroxilo, y distintas temperaturas y tiempos de cristalización.

Caracterización de los materiales obtenidos mediante distintas técnicas, tales como difracción de rayos X en polvo, análisis elemental y termogravimétrico, microscopía electrónica, adsorción de N2 y Ar, espectroscopia infrarroja y resonancia magnética nuclear de sólidos, entre otras.

[CA] Les zeolites són sòlids inorgànics microporosos formats per tetraedres TO4 (T = Si, Ge, Al, B, etc.) que comparteixen els seus vèrtexs donant lloc a canals i cavitats de dimensions moleculars. L'ús d'agents directors d'estructura orgànics en la síntesi de zeolites en els anys 60 'va suposar un enorme avanç en la cristal·lització de noves estructures. En aquest treball final de màster hem dissenyat i sintetitzat diferents cations nitrogenats derivats de la cafeïna que pretenen servir com a agents directors d'estructura (ADE) per a la síntesi de zeolites. Únicament un d'ells (ADE5) va ser sintetitzat amb èxit i va resultar ser estable en condicions de síntesi donant lloc a diverses zeolites conegudes: LTA, Nonasil i Beta. D'altra banda, s'ha utilitzat un catió aminofosfonio (ADE1) que ha resultat dirigir cap a la formació de diversos materials. S'ha aconseguit identificar una fase laminar i una fase amb morfologia de vidre bipiramidal a la qual hem anomenat "Fase B". Tots els materials obtinguts han estat caracteritzats i ha resultat d'especial interès aquesta última fase a causa de l'absència de material similar a la base de dades de la IZA podent resultar en una nova zeolita.

[EN] Zeolites are microporous inorganic solids formed by TO4 tetrahedra (T = Si, Ge, Al, B, etc.) that share their vertices giving rise to channels and cavities of molecular dimensions. The use of organic structure directing agents in the synthesis of zeolites in the 1960s ’meant a tremendous advance in the crystallization of new structures. In this final master's work we have designed and synthesized different caffeine-derived nitrogen cations that are intended to serve as structure director agents (ADEs) for zeolite synthesis. Only one of them (ADE5) was successfully synthesized and proved to be stable under synthesis conditions giving rise to several known zeolites: LTA, Nonasil and Beta. On the other hand, an aminophosphonium cation (ADE1) has been used that has been directed towards the formation of various materials. It has been possible to identify a laminar phase and a phase with bipyramidal crystal morphology which we have called “Phase B”. All the materials obtained have been characterized and this last phase has been of special interest due to the absence of similar material in the IZA database, resulting in a new zeolite.