Influencia del contenido de sodio intercambiado sobre las propiedades catalíticas de catalizadores bifuncionales del tipo Pt,Pd/H-[Al]ZSM5 en la reacción de transformación de acetona a metilisobutilcetona

Abstract

En las últimas décadas se han llevado a cabo numerosas investigaciones sobre el sistema metal soportado en estructuras zeolíticas, debido a que: 1) sus canales y cavidades proveen una estructura idónea para prevenir la formación de grandes partículas metálicas, 2) presentan un área superficial elevada y una estructura geométrica que permite la entrada , formación y salida de moléculas con diámetros cinéticos inferiores al diámetro de sus canales y cavidades (selectividad geométrica o de forma), 3) aportan una función ácida que permite catalizar reacciones específicas. En el presente Trabajo Especial de Grado se estudia la influencia del sodio intercambiado sobre las propiedades catalíticas (actividad, selectividad y estabilidad) de catalizadores bifuncionales del tipo Pt,Pd/H-[Al]ZSM5, particularmente se utilizó la zeolita tipo MFI (H-[Al]ZSM5), dado que es capaz de catalizar las reacciones de aldolización, específicamente la de transformación de acetona a mesitilóxido (MO), el cual es posteriormente hidrogenado para producir la metilisobutilcetona (MIBK) (reacción modelo que permite evaluar las propiedades catalíticas de dichos sólidos). Inicialmente se sintetizó el sólido zeolítico por el método propuesto por Guth y Caullet, una vez sintetizado, se caracterizó a través de las técnicas de difracción de Rayos X, adsorción física de nitrógeno a -196 ºC, análisis químico elemental y termodesorción programada de amoníaco (TPD-NH3), posteriormente se prepararon los catalizadores bifuncionales del tipo Pt,Pd/H-[Al]ZSM5 mediante el método de intercambio-impregnación, utilizando como sales precursoras de las fases metálicas los complejos Pt(NH3)4Cl2 y Pd(NH3)Cl2. Luego de preparados, estos catalizadores fueron calcinados bajo atmósfera de aire seco; una vez calcinados se sometieron al proceso de intercambio bajo agitación continua con una solución de nitrato de sodio, de diferentes concentraciones, para finalmente ser reducidos bajo atmósfera de hidrógeno seco. Estos catalizadores se caracterizaron a través de las técnicas de análisis químico elemental, termodesorción programada de amoníaco (TPD-NH3), espectroscopia fotoelectrónica de rayos X (XPS) y microscopia electrónica de transmisión (MET). Con la finalidad de evaluar las propiedades catalíticas de los diferentes sólidos se realizaron las reacciones modelo de hidrogenación de tolueno, craqueo de n-heptano y transformación de acetona a MIBK. Los resultados obtenidos por TPD-NH3 para los catalizadores estudiados demostraron que las propiedades ácidas de estos sólidos fueron modificados por la introducción de las diferentes fases metálicas y los tratamientos con sodio aplicados. La evaluación de los catalizadores bifuncionales de platino por XPS revelaron la presencia de Pt0 y de PtO en dichos sólidos, tanto para el catalizador sin tratamiento con sodio como en el catalizador tratado con la mayor concentración de nitrato de sodio. Por su parte, en el análisis por XPS de los catalizadores bifuncionales de paladio se encontraron especies de Pd0, tanto en el sólido sin tratamiento como en el tratado con la mayor concentración de sodio. Lo que indica que el tratamiento con sodio no modificó la naturaleza de las especies presentes. Los estudios por MET de los catalizadores bifuncionales de paladio indicaron que en éstos se produjo una disminución en la dispersión de la fase metálica, para el sólido sin tratamiento con sodio y el tratado con la mayor concentración de sodio sus dispersiones fueron 57% y 47% respectivamente y por ende se produjo un aumento en el tamaño de partícula 1,3 nm y 1,8 nm respectivamente, como consecuencia del tratamiento con sodio. Los resultados obtenidos en la reacción de transformación de acetona para los catalizadores bifuncionales de platino y paladio demostraron que el tratamiento con sodio efectivamente sí produce cambios en las propiedades catalíticas (actividad, selectividad, estabilidad) en los mismos. El catalizador tratado con la menor concentración de sodio, en ambos casos, fue el que presentó la mayor actividad, selectividad hacia la MIBK y estabilidad de entre todos los sólidos estudiados, lo que indica que aparentemente sólo es necesario introducir una pequeña de sodio para lograr un catalizador con las propiedades catalíticas deseables en la transformación de acetona.