Obtención de silicoaluminatos mesoporosos por la ruta de los atranos evaluando sus propiedades ácido/base y redox para identificar su potencial aplicación como matrices en procesos catalíticos

Abstract

En las últimas décadas, la industria petroquímica se ha desarrollado a pasos agigantados, y son de vital importancia para la economía mundial. Para la industria petroquímica el desarrollo de nuevos materiales catalíticos es muy importante, para optimizar la conversión, selectividad y abaratamiento de costos en los procesos involucrados. Por ejemplo, a través de procesos petroquímicos es posible obtener combustibles líquidos a partir del gas natural, esto gracias al proceso denominado GTL (Gas To Liquids). Otro ejemplo es la producción de combustibles a partir de petróleo crudo residual de las torres de destilación de petróleo en el proceso denominado Craqueo Catalítico Fluidizado (FCC). La mayor parte de los procesos catalíticos se basan en el uso de catalizadores heterogéneos, los cuales son materiales sólidos compuestos por una fase activa y un soporte inerte. Usualmente, las fases activas son metales nobles o metales de transición. Los soportes tradicionalmente son óxidos de aluminio, silicio, titanio o mezclas entre ellos. En los últimos años, se estudia el uso de nuevos materiales como soportes catalíticos, entre ellos: sílicas mesoporosas, nanotubos de carbono, carburos de silicio, nuevas zeolitas y otros. Estos soportes catalíticos tienen propiedades particulares, como ser: i) estructura de poro ordenado, ii) altas áreas superficiales, iii) morfología homogénea y otras. Estas propiedades generan atractivas relaciones en el binomio estructura-propiedad, pudiendo favorecer el rendimiento catalítico en términos de conversión, selectividad y/o estabilidad de los nuevos catalizadores. En el presente trabajo se realizó la síntesis de nuevos soportes mesoporosos en base a silicoaluminatos, preparados por la ruta de los atranos, donde mediante el uso de surfactantes y control del pH se obtuvieron los siguientes materiales mesoporos: MCM-41Al (Mobil Composition of Matter No. 41, con 10% de Al2O3), SBA-15Al (Santa Bárbara Amorphous No. 15, con 10% de Al2O3) y MCFAl (MesoCellular Foam, con 10% de Al2O3). Por otro lado, se realizó otra de soportes mesoporosos de MCF con variación del contenido de Al2O3 de 5% (MCF5Al), 10% (MCF10Al) y 15% (MCF15Al). Para cada uno de estos nuevos soportes mesoporosos se realizó la adición de cobalto al 12% por el método de impregnación húmeda incipiente, obteniendo los siguientes catalizadores: Co/MCM-41Al, Co/SBA-15Al, Co/MCF5Al, Co/MCF10Al y Co/MCF15Al. Los soportes y catalizadores fueron caracterizados por las técnicas de fisisorción con N2 (BET-BJH), difracción de rayos X (DRX), microscopio electrónico de barrido (SEM), desorción a temperatura programada (TPD) y reducción a temperatura programada (TPR). Finalmente, los catalizadores fueron evaluados como catalizadores en la reacción de Fischer-Tropsch (en el contexto de la tecnología GTL) en un micro-reactor catalítico a escala laboratorio. Tesis de Maestría – Universidad Mayor de San Andrés 4 Como resultado del presente trabajo se obtuvo efectivamente soportes mesoporosos con la incorporación de aluminio (MCM-41Al, SBA-15Al y MCFAl), por la ruta de los atranos, siendo un aporte en el desarrollo de materiales ya que no ha sido reportado previamente en la bibliografía. Asimismo, la obtención del soportes tipo MCF con diferente contenido de aluminio (MCF5Al, MCF10Al y MCF15Al) y con ello diferente acidez, no ha sido reportada en bibliografía. A partir de la adición de cobalto en estos nuevos soportes mesoporosos se pudo relacionar la acidez de los soportes con el grado de reduciblidad del cobalto (propiedad redox). Estas interacciones de propiedades (acidez y grado de reducibilidad) así como la estructura de poro son determinantes en el rendimiento catalítico en la reacción de Fischer- Tropsch. En conclusión, los catalizadores mesoporosos Co/MCF5Al y Co/MCF10Al mostraron los mejores rendimientos catalíticos en cuanto al grado de conversión y selectividad, debido a la interacción sinérgica entre el tamaño de poro y el contenido de acidez tipo Lewis, los cuales favorecen el grado de reduciblidad del cobalto. Los resultados obtenidos con estos catalizadores son superiores a los resultados reportados en bibliografía con los catalizadores tradicionales en la reacción de Fischer-Tropsch. El trabajo fue realizado en el Instituto de Investigaciones Químicas de la carrera de Ciencias Químicas (IIQ-UMSA), con el apoyo del Instituto de Investigaciones Geológicas y del Medio Ambiente (IIGEMA-UMSA), Instituto del Gas Natural (IGN-UMSA), la división de Chemical Technology- KTH de Suecia, la Dirección de Investigaciones, Formación y Desarrollo Tecnológico (DIFDT-YPFB) y los proyectos de investigación “Energía e Hidrocarburos para el Desarrollo Sostenible (ASDI-UMSA)”, “New catalysts for catalytic cracking that favor the production of Diesel Oil in Bolivia (IDH-UMSA)” y “Development of Science and Technology for the Generation of Petro and Gas Chemicals in Bolivia (IDH-UMSA)”.