Preparación y caracterización de los catalizadores bifuncionales monometálicos y bimetálicos del tipo Pt-Sn/H(AI)ZSM5 Y Pd-Sn/H(AI)ZSM5

Abstract

En las últimas décadas se han llevado a cabo numerosas investigaciones sobre los sistemas metálicos soportados en estructuras zeolíticas, debido a que dichos sólidos presentan grandes ventajas para ser usados como soporte: 1) Sus canales y cavidades proveen una estructura idónea para prevenir la formación de grandes partículas metálicas, es decir, presentan un excelente medio para la formación de nanopartículas mono y bimetálicas, 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. Los catalizadores bifuncionales bimetálicos demuestran ventajas sobre los catalizadores que contienen sólo un metal, especialmente ofrecen un medio de aumentar la selectividad hacia los productos de interés, dado que los efectos de un segundo componente metálico son muy específicos y dependen, entre otros factores, de la naturaleza de los metales dispersos sobre la superficie del soporte, así como de la reacción. Por ésta razón se creyó conveniente preparar y caracterizar catalizadores bifuncionales monometálicos y bimetálicos del tipo Pt-Sn/HZSM5 y Pd-Sn/HZSM5, en los cuales se estudió el efecto de la interacción “metal-metal” y “metal-soporte” en el comportamiento catalítico (actividad, selectividad y estabilidad) de dichos sólidos, particularmente en este trabajo se usó la zeolita tipo MFI (HZSM5), dado que es capaz de catalizar las reacciones de aldolización, específicamente la de transformación de acetona a MO, el cual es posteriormente hidrogenado para producir la MIBK (reacción modelo que permite evaluar las propiedades catalíticas de dichos catalizadores). A fin de cumplir con el objetivo general del Trabajo Especial de Grado se prepararon los catalizadores siguiendo la siguiente metodología: 1)Inicialmente se sintetizó por el método propuesto por Guth y Caullet el sólido zeolítico a emplear como soporte (HZSM5) y posteriormente se caracterizó a través de la técnica de Difracción de Rayos X, Adsorción Física de Nitrógeno, Análisis Químico y Termodesorción Programada de Amoníaco, 2) luego se introdujeron las fases metálicas en la matriz zeolítica a través del método de intercambio-impregnación simultáneo, utilizándose como sales precursoras de las fases metálicas (Pt, Pd y Sn) cloruro de tetraamin platino (II), cloruro de tetraamin paladio (II) y cloruro de estaño respectivamente. Para culminar el proceso de preparación los catalizadores fueron sometidos a un proceso de activación, el cual no es más que un tratamiento térmico que se llevó a cabo en dos etapas: una calcinación bajo corriente de aire seco y una reducción en atmósfera de hidrógeno seco. Una vez preparados los sólidos catalíticos se caracterizaron a través de Adsorción Física de Nitrógeno, Análisis Químico, Termodesorción programada de amoníaco (TPD-NH3), Espectroscopía Fotoelectrónica de Rayos X (XPS), Resonancia Paramagnética Electrónica (RPE) y mediante las reacciones modelo de Hidrogenación de Tolueno y Transformación de Acetona a MIBK. La evaluación del comportamiento catalítico de los sólidos preparados a través de la reacción modelo de Transformacion de Acetona, conlleva a concluir, que la adición de un segundo metal a un catalizador bifuncional genera cambios en la selectividad de la reacción, que pueden originarse a causa de efectos geométricos (redispersión de las fases metálicas) y/o la existencia de una fuerte interacción Sn-soporte, y de efectos de tipo electrónico que propician un cambio en la naturaleza de las especies metálicas presentes producto de una interacción metal-metal (aleaciones). En contraste la actividad y estabilidad de dichos sólidos se ve disminuida, principalmente como consecuencia de un enriquecimiento de especies oxidadas de estaño en la superficie de los mismos, que impide la accesibilidad tanto de hidrógeno como de las moléculas de reactivo hacia los centros metálicos activos a causa de efectos geométricos.