Síntesis de zeolitas de poro grande/extragrande con propiedades ácidas mediante sustitución isomórfica con Al, Ti, Sn y Zr y aplicaciones catalíticas

[ES] Las zeolitas son materiales sólidos inorgánicos, cristalinos y microporosos que se componen de la unión de tetraedros TO4. Estos tetraedros se conectan para formar sistemas de canales y cavidades de tamaño molecular. Dependiendo de la estructura, topología y tamaño de los canales formados las zeolitas pueden presentar varias propiedades interesantes. Debido a sus propiedades, las zeolitas tienen una amplia gama de aplicaciones en la industria, como por ejemplo en procesos de catálisis, adsorción y separación. En esta tesis doctoral, se han sintetizado varios agentes directores de estructura, en forma de sales de amonio cuaternario. Estos ADEs han conducido a la síntesis de zeolitas de poro pequeño (LTA), de poro grande (UOV, IWR y IWV) y de poro extragrande (UTL). Estas zeolitas requieren para su síntesis una presencia elevada de germanio, que puede conferir inestabilidad después del proceso de calcinación del ADE. Para evitar este problema, se han estudiado procesos post-síntesis que nos permiten eliminar parcialmente el germanio de la estructura zeolítica, a la vez que nos permiten introducir en esta vacante elementos metálicos con propiedades catalíticas. De esta forma, se han obtenido varios catalizadores heterogéneos estables (Ti-UOV, Ti-UTL-et, Sn-UTL-et, Zr-UTL-et, Ti-UTL-pr, Sn-UTL-pr, Zr-UTL-pr, Al-IWV, Ti-IWV y Sn-IWV). Estas zeolitas dopadas con distintos cationes metálicos se han probado en varias reacciones catalizadas por ácidos, tales como acetalización (formación de solketal a partir de glicerol), reacciones de reordenamiento (transposición de Beckmann para formar caprolactama), síntesis de benzimidazoles e incluso epoxidaciones. La actividad catalítica y estabilidad de todas las zeolitas utilizadas como catalizadores ha sido demostrada, mostrándose como catalizadores muy activos y selectivos hacia la formación de las moléculas diana.

[CA] Les zeolites són materials sòlids inorgànics, cristal·lins i microporosos que es componen de la unió de tetraedres TO4. Aquests tetraedres es connecten per formar sistemes de canals i cavitats de mida molecular. Depenent de l'estructura, la topologia i la mida dels canals formats, les zeolites poden presentar diverses propietats interessants. A causa de les seves propietats, les zeolites tenen una àmplia gamma d'aplicacions a la indústria, com per exemple en processos de catàlisi, adsorció i separació. En aquesta tesi doctoral, s'han sintetitzat diversos agents directors d'estructura en forma de sals d'amoni quaternari. Aquests ADEs han conduït a la síntesi de zeolites de porus petit (LTA), de porus gran (UOV, IWR i IWV) i de porus extragran (UTL). Aquestes zeolites requereixen per a la síntesi una presència elevada de germani, que pot conferir inestabilitat després del procés de calcinació de l'ADE. Per evitar aquest problema, s'han estudiat processos postsíntesi que ens permeten eliminar parcialment el germani de l'estructura zeolítica, alhora que ens permeten introduir elements metàl·lics amb propietats catalítiques en aquesta vacant. D'aquesta manera, s'han obtingut diversos catalitzadors heterogenis estables (Ti-UOV, Ti-UTL-et, Sn-UTL-et, Zr-UTL-et, Ti-UTL-pr, Sn-UTL-pr, Zr-UTL- pr, Al-IWV, Ti-IWV i Sn-IWV). Aquestes zeolites dopades amb diferents cations metàl·lics s'han provat en diverses reaccions catalitzades per àcids, com ara acetalització (formació de solketal a partir de glicerol), reaccions de reordenament (transposició de Beckmann per formar caprolactama), síntesi de benzimidazols i fins i tot epoxidacions. L'activitat catalítica i estabilitat de totes les zeolites utilitzades com a catalitzadors ha estat demostrada, mostrant-se com a catalitzadors molt actius i selectius cap a la formació de les molècules diana.

[EN] Zeolites are inorganic, crystalline, and microporous solid materials that are composed of the union of TO4 tetrahedra. These tetrahedra are connect to form molecular-sized systems of channels and cavities. Depending on the structure, topology and size of the channels formed, zeolites can present several interesting properties. Due to their properties, zeolites have a wide range of applications in industry, such as in catalysis, adsorption, and separation processes. In this doctoral thesis, several structure directing agents (SDA) have been synthesized in the form of quaternary ammonium. This SDAs have led to the synthesis of little pore (LTA), large pore (UOV, IWR and IWV) and extra-large pore (UTL) zeolites. These zeolites require a high presence of germanium for their synthesis, which can confer instability after the SDA calcination process. To avoid this problem, post-synthesis processes have been studied that allow us to partially eliminate germanium from the zeolitic structure, while allowing us to introduce metallic elements with catalytic properties into this vacancy. In this way, several stable heterogeneous catalysts have been obtained (Ti-UOV, Ti-UTL-et, Sn-UTL-et, Zr-UTL-et, Ti-UTL-pr, Sn-UTL-pr, Zr-UTL- pr, Al-IWV, Ti-IWV and Sn-IWV). These zeolites doped with different metal cations have been tested in various acid-catalyzed reactions, such as acetalization (solketal formation from glycerol), rearrangement reactions (Beckmann rearrangement to form caprolactam), synthesis of benzimidazoles, and even epoxidations. The catalytic activity and stability of all the zeolites used as catalysts has been demonstrated, proving them to be highly active and selective catalysts for the formation of target molecules.