Catalizadores sólidos superácidos ecológicos. Estudio del sulfato de aluminio soportado sobre circonia para la isomerización del butano. (2007)
Actualmente hay la necesidad urgente en el mundo petroquímico de desarrollar catalizadores sólidos ácidos fuertes e inocuos para el medio ambiente, con alta actividad catalítica y estabilidad para la conversión de hidrocarburos livianos. Se ha encontrado que el hidrato de circonia impregnada con iones sulfato desarrolla, luego de calcinación, un aumento considerable en la acidez, y este sólido es además capaz de isomerizar el n-butano cerca a la temperatura ambiente. Entre los sólidos ácidos fuertes que se conocen actualmente, los óxidos sulfatados, y particularmente el óxido de circonio sulfatado, es considerado como un catalizador alternativo de alto potencial para reemplazar a aquellos utilizados actualmente en la industria de refinación y petroquímica (ej. HF, H2SO4, AlCl3, Pt/Cl-Al2O3), los cuales presentan problemas ambientales. A pesar de que la circonia sulfatada muestra una actividad catalítica más baja que las alúminas cloradas usadas industrialmente para la conversión de alcanos poco reactivos (ej. n-butano), se trabaja intensamente en como mejorar las propiedades catalíticas de las circonias sulfatadas para la conversión de alcanos de cadena corta. En años recientes se ha encontrado que la actividad catalítica de la circonia sulfatada puede ser mejorada por la adición de promotores. Oxidos mixtos de Al-Zr sulfatados, y sus variantes impregnados con platino, fueron reportados como catalizadores más activos y estables que la circonia sulfatada para la isomerización esqueletal de n-butano y otros alcanos. Actualmente se cree que la adición de Al3+ ayuda a estabilizar las especies sulfato en la superficie del sólido, aumentando de esta manera el número de sitios con fuerza de acidez intermedia. La estabilización de especies sulfato en la superficie parece además estar relacionada con la formación de la fase tetragonal del óxido de circonio. La literatura más reciente indica que hay un interés creciente en la dispersión de sulfatos metálicos sobre un soporte de mayor área superficial. Se ha encontrado un aumento en la acidez y la actividad catalítica por impregnación de zeolitas (ej. H-Mordenita) con una solución de NH4Al(SO4)2, seguido por un tratamiento térmico a 650 °C, que está por debajo de la temperatura de descomposición del sulfato de aluminio (aprox. 850 °C). En la síntesis de óxidos mixtos Al-Zr sulfatados, es probable que durante la etapa de sulfatación y el tratamiento térmico a alta temperatura, las cuales son etapas necesarias en la preparación de catalizadores activos, la matriz del sólido sea químicamente atacada, y de esta manera ciertos iones Al3+ en la superficie del sólido queden expuestos a las especies sulfato, formando finalmente un sulfato de aluminio con alto grado de dispersión y muy reactivo en la superficie del óxido de circonio. Resultados recientes (obtenidos durante la tesis de doctorado del investigador principal de la presente propuesta) mostraron que la impregnación del hidrato de circonia con sulfato de aluminio y seguido por calcinación a 650 °C, resultó ser un catalizador muy activo y estable para la isomerización de n-butano. Considerando la información anterior, en esta investigación se pretende ¿implementar un nuevo método de síntesis de circonias sulfatadas modificadas con aluminio, como ruta alternativa hacia el desarrollo de catalizadores sólidos ácidos ecológicos (inocuos para el medio ambiente) con alta actividad catalítica para la isomerización de butano¿. Para lograr este objetivo se estudiarán fundamentalmente dos parámetros de síntesis de los catalizadores: el contenido de sulfato de aluminio (0-20%), y el tratamiento térmico (500-900ºC). También se evaluará la actividad catalítica de los diferentes catalizadores en la isomerización de butano en presencia de hidrógeno. Un estudio de caracterización de las propiedades fisicoquímicas utilizando diversas técnicas de análisis (análisis químico, TGA, XRD, área superficial, y espectroscopia infrarroja.