Estudio comparativo de propiedades magnéticas y catalíticas de matrices microporosas ZSM-5 y Beta modificadas con Cobalto

CLARA SAUX, MARÍA S. RENZINI, PAULA G. BERCOFF, HÉCTOR R. BERTORELLO Y LILIANA B. PIERELLA

Mar del Plata

Congreso; VI Congreso Argentino de Ingenieria Quimica; 2010

Es interesante contar con las ventajas que ofrecen las matrices zeolíticas con elevada cristalinidad y pureza, elevado grado de estabilidad y pequeño tamaño de partículas. Estos materiales son utilizados en numerosos procesos tecnológicos como catalizadores y, además, en estos últimos años surgen como soportes adecuados para el anclaje de especies de metales de transición con propiedades magnéticas de gran interés debido a sus potenciales aplicaciones tecnológicas. Cuando el tamaño de las partículas magnéticas se  reduce a unos pocos nanómetros o micrómetros, éstas pueden presentar propiedades no observadas en el estado másico como magnetorresistencia gigante, superparamagnetismo, grandes coercitividades, elevadas temperaturas de Curie, entre otras. Debido a estas propiedades físicas únicas obtenidas con la reducción del tamaño, las nanopartículas o nanoaglomerados (nanoclusters) tanto de óxidos de metales, como de otras especies interactuando con una matriz contribuyen a cambios revolucionarios en una amplia variedad de aplicaciones, desde la biomedicina, la óptica, electrónica,  fotocatálisis hasta la spin-trónica.Con el objetivo de evaluar el efecto de las matrices utilizadas como soporte se sintetizaron zeolitas ZSM-5 y Beta por el método hidrotérmico. Las mismas fueron modificadas con cobalto por intercambio iónico a 80 ºC y sometidas a tratamientos térmicos post-síntesis (desorción en corriente de nitrógeno y calcinación en atmósfera estática y oxidante). Se utilizaron diversas técnicas de caracterización para su estudio: Absorción Atómica, Difracción de Rayos X, Espectroscopía Infrarrojo con Transformada de Fourier. Mediante la técnica de adsorción de piridina como molécula sonda y su seguimiento por espectroscopía infrarrojo se evaluaron las características de acidez de los materiales. De acuerdo a los resultados obtenidos por Difracción de Rayos X y Espectroscopía Infrarrojo en la zona de huella dactilar, la incorporación del cobalto no alteró la estructura, ni la cristalinidad de las matrices de partida. De las medidas de magnetización realizadas se observó el efecto de la incorporación de cobalto sobre el comportamiento preponderantemente diamagnético de las matrices zeolíticas de partida presentando un comportamiento de tipo superparamagnético en todo el rango de temperaturas evaluado. También se comprobó que el tratamiento de calcinación final en atmósfera oxidante no modificó considerablemente el comportamiento magnético de las Co-zeolitas con respecto a aquellas exclusivamente desorbidas en atmósfera inerte (N2).Los materiales zeolíticos fueron probados como catalizadores para la reacción de oxidación selectiva de estireno con peróxido de hidrógeno. Dicha reacción se llevó a cabo en un micoreactor de vidrio de 25 ml con agitación magnética vigorosa y control de temperatura empleando acetonitrilo como solvente hasta 7 h de reacción. El seguimiento de la evolución de la reacción se realizó mediante la toma de muestra periódica y su posterior análisis por cromatografía gaseosa y CG-Masa. Para ambos materiales se obtuvieron buenos resultados en actividad con una selectividad del orden del   70 mol % hacia benzaldehído. También se obtuvieron epóxido de estireno y otros productos de oxidación (fenilacetaldehído, ácido benzoico, 1-fenil-1,2-etanodiol), pero en menores proporciones. Los mejores resultados de conversión de estireno se obtuvieron utilizando el material Co-Beta como catalizador, con valores superiores al 40 mol%.