Estudio de la acidez de zeolitas en la reacción de isomerización del α-pineno

Study of acidity of Zeolites in the isomeriztion reaction in the α-PINENO

A fin de favorecer la producción del canfeno, producto de la isomerización del α-pineno, en este trabajo se prueban las zeolitas clinoptilolita, natural (disponible en nuestro país, específicamente en Michoacán), así como las zeolitas comerciales ZSM-5 y mordenita, como catalizadores para esta reacción, en un intervalo de 130 a 230°C. Se ha encontrado que el material natural con un tratamiento simple (dos lavados con agua desionizada), presenta buena conversión en la isomerización del α-pineno y mayor selectividad hacia canfeno, en comparación con las zeolitas comerciales.

INTRODUCCIÓN

El α-pinenoesuno de los terpenos más importantes en la naturaleza, usado como solvente y precursor para la producción de canfeno, el cual es un componente en la industria de las fragancias. Aunque algunos sólidos ácidos se han usado como catalizadores para esta reacción, como. zeolitas [1-5], montmorilonita modificada [6], arcillas [7-9], MCM-41 funcionalizada [10] y zirconía sulfatada [11], que han sido probadas para la isomerización del a-pineno, el desarrollo de nuevos catalizadores para esta reacción es todavía un tópico de investigación en muchos laboratorios, En este trabajo de investigación se prueban una zcolita clinoptilolita natural, así como zeolitas comerciales (ZSM-5 y mordenita), como catalizadores en la isomerización del a-pineno, en un intervalo de 130 4 230ºC.

Experimentación

Preparación y caracterización de catalizadores

La zeolita clinoptilolita se trituró, se lavó con agua desionizada y posteriormente se secó a 120C durante 4h. Después del secado, el catalizador se calcinó a 350ºC durante 4 h. El área de la zeolita natural ya calcinada fue de 27.3 m²/g y un tamaño de poro entre 18-45 Á. La mordenita (Zeolyst, con relación molar SiO₂/ AL₂O₃ de 90 y área de 500 m²/g) y la HZSM5 (Zeolyst, con relación molar SiO₂ y AL₂O₃ de 30 y área de 400m²/g) se calcinaron a 350ºC durante 4 h, y después se procedió a formar pastillas sometiendo el polvo en una prensa. Las pastillas se trituraron suavemente para tener una porción de tamaño de partícula uniforme de 0.71-0.425 mm para todos los catalizadores, La caracterización de la acidez de los materiales se realizó en un espectrómetro de infrarrojo, FTIR Nicolet Nexus 470, equipado con una celda de vidrio que permitió seguir la adsorción de la piridina en función de la temperatura. Para esto, el polvo se secó previamente a 300ºC durante 1 ha, y después se impregnó de piridina. Se tomaron espectros desde 25ºC hasta los 300ºC, haciendo lecturas cada 50ºC.

Reacción de isomerización del α-pineno

La reacción se llevó a cabo en un reactor por lotes de 100ml, Parr, Multi Reactor System, agregando 0.5 g de catalizador en 50mL de α-pineno. La reacción transcurrió durante 2 h, a 500 rpm, a presión atmosférica, y en ambiente de Argón. Las temperaturas de reacción probadas fueron 130, 150, 170, 190, 210, 230ºC. Después de 2 h de reacción, el producto fue analizado en un cromatógrafo de gases, Agilent 6820, equipado con una columna capilar HP-FFAP de 25 m de largo y 0.32 mm de diámetro interno.