Síntesis, caracterización y evaluación catalítica de mof uio-66 en la esterificación de ácido levulínico

Abstract

El estudio de los compuestos metal-orgánicos MOFs ha experimentado un rápido crecimiento en las últimas dos décadas debido a sus interesantes propiedades: flexibilidad en el diseño y funcionalización de sus poros, elevada superficie específica y síntesis menos complejas. Dentro de esta gran familia de materiales, los que contienen Zr como metal activo, rodeado por ligandos de ácido tereftalico (UiO-66) son buenos catalizadores y estables para la esterificación de ácido levulínico con etanol, con actividades comparables a otros catalizadores ácidos sólidos. El objetivo del presente trabajo fue sintetizar compuestos del tipo MOF UIO-66 con circonio como precursor metálico y tetracloruro de circonio como fuente metálica, empleando una ruta alternativa de síntesis, con condiciones más favorables desde el punto de vista económico y ambiental. Es por ello que se propone el uso de solventes alternativos. La síntesis se realizó mediante el método solvotermal a 120 °C durante 24hs. Se utilizó dimetilformamida como solvente y se reemplazó entre un 0 y 75%, de dicho solvente, por acetona. Estos materiales luego se evaluaron catalíticamente en la reacción de esterificación del ácido levulínico con etanol. Las propiedades del material fueron caracterizadas por difracción de rayos X, microscopía electrónica de barrido, espectroscopia infrarroja, espectroscopía fotoelectrónica de rayos X, espectroscopia de emisión atómica por plasma de microondas y área superficial. El progreso de la reacción fue seguido por cromatografía gaseosa y espectroscopía de masa. El material más activo fue el MOF100% con 17,42% de conversión y 27,17 % de selectividad a levulinato de etilo.

The study of the metal-organic frameworks MOFs has experienced rapid growth over the last two decades due to their interesting properties: flexibility of design and functionalization of their pores, high specific surface area and less complex synthesis. Within this large family of materials, those containing Zr as active metal, surrounded by terephthalic acid ligands (UiO-66) are good catalysts and stable for the esterification of levulinic acid with ethanol, activities comparable to other catalysts directly. The objective of this work was synthesized compounds of the MOF UIO-66 type with zirconium as a metal precursor and zirconium tetrachloride as a metallic source, using an alternative route of synthesis, with more favorable conditions from the economic and environmental point of view. That is why the use of alternative solvents is proposed. The synthesis was carried out using the solvotermal method at 120 °C for 24 hours. Dimethylformamide was considered as solvent and between 0 and 75% of said solvent was replaced by acetone. These materials were then catalytically evaluated in the esterification reaction of levulinic acid with ethanol. The properties of the material were characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, infrared spectroscopy, X-ray photoelectronic spectroscopy, microwave plasma atomic emission spectroscopy and superfical area. The progress of the reaction was followed by gas chromatography and mass spectroscopy. The most active material was MOF100% with 17,42% conversion and 27,17% selectivity to ethyl levulinate.