Nanoarcillas sintéticas para la síntesis de óxidos mixtos de Cu-Zn con propiedades catalíticas básicas

ARGÜELLO, DALMA SOFÍA; MENDOZA, SANDRA; BÁLSAMO, NANCY FLORENTINA; EIMER, GRISELDA ALEJANDRA; CRIVELLO, MÓNICA ELSIE

Río Cuarto

Encuentro; XXI Encuentro de Superficies y Materiales Nanoestructurados - NANO2022; 2022

Universidad Nacional de Río Cuarto

Los hidróxidos dobles laminares (HDL) son un tipo de nanoarcillas aniónicas de estructura laminar. Se denominan hidrotalcitas cuando su composición metálica es sólo de Mg (M2+) y Al (M3+) y su fórmula general es: [M2+(1-x) M3+x (OH)2]x+∙(An-) x/n∙mH2O. La calcinación a alta temperatura de estos materiales da lugar a los óxidos metálicos mixtos (OMM) con una gran superficie específica, alta dispersión de los cationes, estabilidad térmica y propiedades básicas superficiales [1]. Estas características los convierten en sólidos prometedores para catálisis heterogénea. Por consiguiente, se estudió el efecto de la adición de metales de transición sobre la matriz de Mg-Al. De modo que se investigó la influencia de distintas relaciones atómicas de Cu-Zn en las propiedades fisicoquímicas de los óxidos mixtos de Cu-Zn-Mg-Al provenientes de los precursores HDL. Los HDL fueron sintetizados por el método de coprecipitación con la incorporación de un 15, 20 o 25 % atómico de Zn con respecto a los metales divalentes, y un contenido constante de Cu de 15 % atómico. La relación molar de metales M/Al (donde M = Cu + Zn + Mg) fue constante e igual a 3/1. Los HDL fueron calcinados a 450 °C durante 9 h para obtener sus respectivos OMM. Los materiales fueron caracterizados fisicoquímicamente por diversas técnicas: DRX, MP-AES, sorción de N2, SEM-EDS, DTP-CO2 y UV-Vis RD. Al examinar la incesante y creciente producción de biodiesel, se observa la generación de glicerol como un subproducto factible de ser reutilizado como materia prima, lo cual generó un mayor interés en investigar la transformación de esta molécula plataforma, en un producto químico valioso, como el carbonato de glicerol [2]. En consecuencia, los OMM se evaluaron catalíticamente en la reacción de transesterificación entre el glicerol y el dimetilcarbonato para la obtención de carbonato de glicerol (Fig. 1). La incorporación de Cu y Zn permitió modificar la estructura, composición y propiedades catalíticas de los óxidos mixtos. Los resultados de las caracterizaciones fisicoquímicas demostraron que el HDL-Cu15Zn25 presentó el mayor espaciamiento basal (2,237 nm) asociado al balance de carga entre las láminas y el anión de intercapa. Al introducir el Cu y Zn al HDL-MgAl, se incrementó la distancia catión-catión debido a las diferencias de radio iónico y a una ligera distorsión en la coordinación octaédrica por el efecto Jahn-Teller en presencia del Cu. El tamaño de cristalito de los HDL disminuyó ligeramente con el aumento del contenido de Zn. Los OMM presentaron una buena área superficial (201-253 m2g-1), diámetro de poro (13,6-19,9 nm) y basicidad superficial. El tamaño de cristalito de los OMM fue menor al de los HDL e inversamente proporcional al contenido de Zn. El rendimiento catalítico de los OMM dependió, principalmente, de una adecuada distribución de la basicidad. Estos resultados se atribuyeron al efecto sinérgico del Cu-Zn, puesto que se produjo un aumento del porcentaje de sitios básicos fuertes con el incremento del contenido de Zn en presencia del Cu. En particular, el catalizador OMM-Cu15Zn25 exhibió el rendimiento a CG más elevado (82 %) lo cual podría atribuirse a su mayor porcentaje de sitios básicos fuertes.