Preparación de catalizadores superacidos del tipo heteropoliácido soportados para el estudio de la reacción de alquilación de tolueno con 1-dodeceno

Abstract

Los alqilbencenos lineales (LABS) constituyen una materia prima importante en la obtención y manufactura de los detergentes en polvo biodegradables, en la actualidad se emplean como catalizadores en estas reacciones en fase acuosa de alquilación de benceno ácidos minerales comunes tales como: (H2SO4), HF, AlCl3, los cuales son muy agresivos al medio ambiente principalmente por su carácter corrosivo, por lo que a imperado la necesidad de sustituir estos ácidos minerales comunes por otros catalizadores. En este trabajo se plantea como objetivo principal la síntesis y el empleo de catalizadores heteropoliácidos del tipo superácidos soportados sobre sólidos mesoporosos MCM-41 para el estudio de la reacción de alquilación de tolueno con 1-dodeceno. En primera instancia se preparó la mezcla de síntesis de los soportes siguiendo el procedimiento de Xucan Hu y colaboradores, luego se les aplicó un tratamiento hidrotérmico, para posteriormente ser sometidos a diferentes procesos tales como: filtrado, lavado, extracción continua con etanol y finalmente un protocolo de calcinación con la finalidad de desprender todo el surfactante ocluido en la estructura de los soportes; de esta manera se obtuvieron los soportes del tipo MCM-41 (Si) y los soportes del tipo MCM-41 (Si/Al=25), los cuales se impregnaron a cargas de heteropoliácido (H3PW12O40) de 20%p/p,40%p/p y 60%p/p para así obtener los catalizadores superácidos del tipo Brönsted, y probarlos catalíticamente en la reacción de alquilación de tolueno con 1-dodeceno. Una vez que se sintetizaron los sólidos y los catalizadores estos fueron caracterizados a través de diversas técnicas tales como: Análisis Térmico Diferencial, Análisis Termogravimétrico, adsorción física de N2 a –196 °C, difracción de rayos-X, absorción química en el caso de los catalizadores soportados sobre MCM-41 (Si/Al) y posteriormente se aplicó el test catalítico para así obtener los resultados del estudio de la reacción. La técnica de Difracción de Rayos-X, nos permitió conocer el diámetro de poro de los soportes sintetizados el cual fue de 70Å entrando en el rango esperado para estos soportes mesoporosos MCM-41, además se conoció a través del difractograma aplicado al soporte MCM-41(Si) una vez calcinado, que este tuvo la estructura hexagonal de estos sólidos. También a partir de los difractogramas aplicados a los catalizadores MCM-41 (Si) a cargas de 20%, 40% y 60% de heteropoliácido se pudo conocer que no hubo formación de fase cristalina, es decir, que la fase soportada se encuentra dispersa uniformemente por toda la superficie del soporte. A través de la adsorción física de N2 a –196 °C logramos conocer el área superficial de los sólidos y de los catalizadores, la cual disminuye considerablemente a medida que aumentamos la carga de heteropoliácido en los mismos. Los análisis térmicos diferenciales y termogravimétricos nos permitieron establecer el protocolo de calcinación que se aplicó a los sólidos, además nos permitieron corroborar el aumento de la estabilidad térmica del heteropoliácido cuando este se encuentra soportado sobre sólidos del tipo MCM-41. Luego de aplicar estas caracterizaciones a los sólidos y catalizadores, se aplicó el test catalítico a la reacción a estudiar, donde obtuvimos que los sólidos MCM-41(Si) y MCM-41(Si/Al=25) no poseen la fuerza ácida necesaria para catalizar la reacción por lo que es necesaria la carga de heteropoliácido. Con los catalizadores obtuvimos una mayor conversión en el caso del MCM-41(Si), que en el catalizador MCM-41 (Si/Al=25), aumentando esta conversión a medida que aumentamos la carga de heteropoliácido y a su vez a medida que aumentamos esta carga podemos obtener mayor selectividad en la reacción, es decir, tenemos mayor producto deseado que en nuestro caso son los monoalquilados. Esto nos lleva a concluir que el catalizador MCM-41(Si) beneficia la catálisis de la reacción estudiada, y en el caso del catalizador MCM-41(Si/Al=25) no favorecemos la catálisis de la reacción por la presencia del Al+3, ya que este interactúa con el heteropoliacido formando sales de aluminio, y además su presencia disminuye el área superficial del catalizador lo que también desfavorece la catálisis de la reacción.