Optimización de las condiciones de síntesis para la obtención de materiales mesoporosos sustituidos con boro

Abstract

En los últimos años, materiales mesoporosos del tipo MCM-41 aparecen como uno de los candidatos más deseables para diferentes tipos de aplicaciones como adsorción, tamices moleculares y catálisis (siendo ampliamente utilizado como catalizadores en reacciones para la producción de productos petroquímicos y productos de química fina). [1-2] En este trabajo se sintetizaron materiales nanoestructurados B-MCM-41 por síntesis hidrotérmica directa. Se analizó en el proceso de síntesis el tiempo de tratamiento hidrotérmico, la relación molar inicial Si/B y la naturaleza de la fuente de hidróxido. Todos los materiales se caracterizaron por DRX, adsorción de N2, TEM, SEM, ICP-OES, FT-IR e FT-IR acoplado a adsorción de piridina. El papel de la fuente de hidróxido es esencial para lograr la incorporación de boro en la estructura mesoporosa. Se han discutido la relación entre el contenido de B en el gel de síntesis, el grado de introducción de boro tetra-coordinado en la estructura, la formación de silanoles nido y la densidad relativa de los sitios ácidos. Se pudo corroborar que los grupos hidroxilos presentes en los silanoles nidos son los responsables directos del carácter ácido moderado de nuestros materiales. La mejora en la densidad de silanoles nido se alcanzó aumentando el contenido de B en la estructura mesoporosa. Finalmente, el uso de NH4OH, como fuente de hidróxido, relación molar inicial Si/B de 10 y 20 y un tratamiento hidrotérmico de 6 días dio como resultado las condiciones óptimas de síntesis para obtener la mayor incorporación B en la estructura y sitios ácidos moderados (silanoles nidos), mejorando así las posibles propiedades catalíticas de estos materiales.

In recent years, MCM-41 mesoporous material appears as one of the most desirable candidates for different types of applications like adsorption, molecular sieving and catalysis (being widely used as catalysts in reactions for the production of petrochemicals and fine chemicals). [1,2] B-MCM-41 type nano-structured materials were prepared by direct hydrothermal synthesis. The time of hydrothermal treatment, the Si/B initial molar ratio and the nature of the hydroxide source in the synthesis process were analyzed. All the materials were characterized by XRD, N2 adsorption, TEM, SEM, ICP-OES, FT-IR and adsorption of pyridine coupled to FT-IR spectroscopy. The role of hydroxide source is essential to achieve the incorporation of boron in the mesoporous structure. The relationship between the B content in the synthesis gel, the degree of introduction of tetra-coordinated Boron into the framework, the formation of nest silanols and the relative density of the acidic sites have been discussed. We could corroborate that hydroxyl groups present in silanol nests are the direct responsible of the moderate acid character of our materials. The enhancement in the density of acidic nest silanols was reached by increasing the B content in the mesoporous structure. Finally, the use of NH4OH, as hydroxide source, Si/B initial molar ratio of 10 and 20 and a hydrothermal treatment of 6 days resulted the optimum synthesis conditions to obtain the highest framework B incorporation and more abundant moderate acid sites (silanol nests), thus improving the potencial catalytic properties of these materials.