Estudio de nanoestructuras y propiedades catalíticas de catalizadores mesoporosos tipo Pt/H3PW12O40/ SBA-15

Abstract

RESUMEN: El sólido mesoporoso SBA-15 fue sintetizado mediante un proceso de hidrolisis-condensación del tetraetilortosilicato (TEOS) como precursor de silicio y el copolímero P123 [(PEO)70(PPO)20(PEO)70] como agente director de estructura. Los catalizadores bifuncionales Pt/H3PW12O40/SBA-15 fueron sintetizados por el método de impregnación húmeda incipiente usando heteropoliácido (H3PW12O40 ) como promotor acido, variando su contenido en 5, 10, 20, 30 y 40 % en peso, y el ácido cloroplatínico (H2PtCl6) como precursor de platino. La estructura y las características superficiales del SBA-15 y los catalizadores Pt/H3PW12O40/SBA-15, fueron caracterizadas usando análisis termogravimétrico (ATG) y difracción de rayos x (DRX), con los resultados se confirma la estructura cristalina hexagonal. La morfología superficial y la distribución de Pt, fueron determinadas por microscopia electrónica de transmisión (MET). Las características texturales se llevaron a cabo por fisisorción de N2, donde se presentan isotermas de tipo IV y curvas de histéresis tipo I pertenecientes a materiales mesoporosos. Las áreas superficiales en el intervalo de 715- 459 m2/g y volúmenes de poro del orden de 1.15 - 0.75 cm3/g. En la acidez superficial se empleó la técnica de espectroscopia de infrarrojo con transformada de Fourier (FTIR) usando piridina como molécula prueba. Los resultados adquiridos mostraron que en los catalizadores están presentes tanto los sitios ácidos de Brönsted como Lewis. Estos catalizadores con fuerte acidez y estructura mesoporosa ordenada y alta área superficial serán usados para la isomerización de n-heptano. Se alcanzaron cuatro isómeros como producto de reacción: 3-metilhexano, 2,3-dimetilpentano, 2-metilhexano y 2,2-dimetilpentano los cuales son isómeros mono y di ramificados con un número de octano alto (52, 91, 42 y 93), siendo el 2,2-dimetilpentano el principal producto. Las mejores actividades catalíticas en los catalizadores se presenciaron a una temperatura de 320 °C, siendo los mejores catalizadores aquellos con 20 y 30 % peso de heteropoliácido. ABSTRACT: The mesoporous solid SBA-15 was synthesized by a process of hydrolysis-condensation of tetraethylorthosilicate (TEOS) as silicon precursor and the copolymer P123 [(PEO)70(PPO)20(PEO)70] as structural template. The bifunctional catalysts Pt/H3PW12O40/SBA-15 were prepared by incipient wetness impregnation method, using heteropolyacid H3PW12O40 as acid promoter varying from 5 wt% to 10, 20, 30 and 40 wt%, and platinum chloroplatinic acid (H2PtCl6 ) as 1 wt% Pt precursor. The structure and surface characteristics of SBA-15 and Pt/H3PW12O40/SBA-15 catalysts were characterized using thermogravimetric analysis (TGA), X-ray diffraction (XRD), with the results the hexagonal crystal structure is confirmed. The surface morphology and Pt particles distribution were determined by transmission electron microscopy (TEM). Textural characteristics were analyzed by N2 physisorption, which showed isotherms type IV and hysteresis curves type I, characteristics of the mesoporous materials. The surface areas of the catalysts were in the range of 715- 459 m2/g and pore volumes about 1.15 - 0.75 cm3/g. The surface acidity was analized by in situ Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopic technique using pyridine as molecular probe. Results show that both Brönsted and Lewis acid sites are present in all the catalysts. These catalysts with strong acidity and ordered mesoporous structure and large surface area will be used for the n-heptane isomerization. In the isomer products, 3-methyl hexane, 2,3–methyl-hexane and 2,2-dimethyl pentane were formed but the 2,2- dimethyl pentane was the major product. Strong surface acidity of the catalysts seem benefit the isomerization. The Pt/30wt%HPW/SBA-15 showed the best activity and the catalyst Pt/20wt%HPW/SBA-15 showed better selectivity.