Control de las propiedades ácidas de las zeolitas MFI y RTH sintetizadas con agentes directores de estructura fosforados

Abstract

[ES] Las zeolitas son sólidos cristalinos microporosos, generalmente aluminosilicatos, que se utilizan ampliamente como catalizadores para llevar a cabo diferentes reacciones de interés industrial. Uno de los principales procesos industriales en el que se emplean zeolitas como catalizadores es el Fluid Catalytic Cracking (FCC) para la producción de hidrocarburos ligeros. La zeolita utilizada en este proceso es la zeolita Y, la cual posee una estructura tridimensional con grandes cavidades internas y centros ácidos donde las moléculas de gran tamaño son convertidas en moléculas más pequeñas en el rango de la gasolina (C5 - C7). En el proceso de FCC, la regeneración del catalizador requiere de altas temperaturas dando lugar a la formación de agua como subproducto, que conlleva la desaluminización de las zeolitas, es decir, el aluminio abandona la red zeolitica disminuyendo la acidez propia del material. Uno de los procesos para evitar este fenómeno consiste en la adición de fósforo que estabiliza el aluminio de la red previniendo así la desaluminización, aumentando su resistencia hidrotermal y el tiempo de vida del catalizador. Generalmente, la introducción de fósforo en zeolitas de poro medio o grande se realiza por impregnación. Sin embargo, en zeolitas de poro pequeño el tamaño de los poros (8 miembros) no permite la entrada directa del fósforo en la estructura. Recientemente, se ha investigado la obtención de zeolitas con nuevas estructuras y otras ya conocidas empleando una metodología basada en la utilización de Agentes Orgánicos Directores de Estructura (AODEs) fosforados. La principal ventaja de este método es que permite incorporar el fósforo en los canales/cavidades de zeolitas de tamaño de poro pequeño (8 miembros) durante la síntesis. Algunas de las especies de fósforo formadas, tras la calcinación, pueden estar enlazadas a átomos de aluminio de red disminuyendo la proporción de aluminio tetraédrico, es decir, la acidez del material. El objetivo principal del trabajo es estudiar cómo se pueden controlar y modular tanto las propiedades texturales como ácidas del material modificando la cantidad de fósforo en su interior. Para ello se combinarán resultados experimentales obtenidos hasta el comienzo de la crisis del COVID-19 con investigación bibliográfica de trabajos publicados sobre este tema, especialmente en relación con la síntesis de zeolitas combinando AODEs fosforados y nitrogenados en distintas proporciones y tratamientos post-síntesis para eliminar el fósforo del interior del material de manera controlada.

[EN] Zeolites are microporous crystalline solids, generally aluminosilicates, which are widely used as catalysts to carry out different reactions of industrial interest. One of the main industrial processes in which zeolites are used as catalysts is Fluid Catalytic Cracking (FCC) for the production of light hydrocarbons. The zeolite used in this process is zeolite Y, which has a three-dimensional structure with large internal cavities and acid centers where large molecules are converted into smaller molecules in the gasoline range (C5 - C7). In the FCC process, the regeneration of the catalyst requires high temperatures, giving rise to the formation of water as a by-product, which leads to the dealumination of the zeolites, that is, the aluminum leaves the zeolitic network, reducing the acidity of the material itself. One of the processes to avoid this phenomenon consists of the addition of phosphorus that stabilizes the aluminum in the network, thus preventing dealumination, increasing its hydrothermal resistance and the life of the catalyst. Generally, the introduction of phosphorus into medium or large pore zeolites is carried out by impregnation. However, in small pore zeolites the size of the pores (8 members) does not allow the direct entry of phosphorus into the structure. Recently, the obtaining of zeolites with new structures and others already known has been investigated using a methodology based on the use of phosphorous Organic Structure Directing Agents (AODEs). The main advantage of this method is that it allows phosphorous to be incorporated into the channels / cavities of small pore size (8 membered) zeolites during synthesis. Some of the phosphorus species formed, after calcination, can be bound to lattice aluminum atoms, decreasing the proportion of tetrahedral aluminum, that is, the acidity of the material. The main objective of the work is to study how both the textural and acidic properties of the material can be controlled and modulated by modifying the amount of phosphorus inside. For this, experimental results obtained up to the beginning of the COVID-19 crisis will be combined with bibliographic research of works published on this topic, especially in relation to the synthesis of zeolites combining phosphorous and nitrogenous AODEs in different proportions and post-synthesis treatments to eliminate the phosphorous inside the material in a controlled way.