Influencia de la impregnación con aluminio Al(NO3)3 en la zeolita (beta) sobre la acidez

Influence of the aluminium impregnation [ Al(NO3)3] in the beta zeolite over its acidity

La modificación por impregnación con solución de Al(NO₃)₃ se llevó a cabo sobre la zeolita beta, incrementando en 0.05% el contenido de aluminio (%w/w) desde 0.00% hasta 0.25% paralelamente, se realizó una modificación con ácido sulfúrico al 0.05%. Se usó metanol como agente dispersante en todos los casos. Los análisis empleados para la caracterización de los catalizadores fueron: capacidad de intercambio catiónico, quimisorción de amoníaco, microscopía electrónica de barrido, difracción de rayos X, espectroscopía infrarroja, absorción atómica, titulación con hidróxido de sodio y fisiadsorción de nitrógeno a 77K. Adicionalmente, se probó cada uno de los catalizadores en la reacción de esterificación de ácido acético con etanol para observar el efecto de la impregnación sobre la actividad catalítica.

Introducción

Hoy en día el uso de los catalizadores que generalmente se utilizan en los procesos de esterificación en fase líquida como ácido sulfúrico, ácido clorhídrico, ó ácido sulfónico, son indeseables desde el punto de vista ambiental, aunque generen altas conversiones en tiempos cortos. Teniendo en mente los requerimientos ambientales, se ha hecho un esfuerzo global por reemplazar los catalizadores homogéneos perjudiciales con alternativas menos peligrosas.

Las nuevas tendencias de los procesos de esterificación señalan el uso de zeolitas ácidas y otros sólidos superácidos que pueden ser retirados por procesos sencillos y que pueden ser regenerados disminuyendo los costos de producción; las zeolitas son sólidos ácidos que han sido ampliamente estudiados como alternativas para  reemplazar los ácidos convencionales, puesto que involucran métodos más sencillos de separación y purificación del producto; además, se presenta la posibilidad de recuperar y regenerar en algunos casos los catalizadores, evitando contaminar el medio ambiente, como continuamente sucede con los catalizadores homogéneos.

En el Departamento de Ingeniería Química de la Universidad Nacional se han probado diferentes catalizadores  para la reacción de esterificación como resinas de intercambio, óxidos de aluminio,  zeolitas,  entre  otros.  De esta manera resulta importante continuar con el estudio de diversos catalizadores para entender el papel de la catálisis heterogénea en la reacción de esterificación y así mismo plantear soluciones que puedan llevar al desarro  llo de catalizadores apropiados.

La zeolita β modificada por impregnación con nitrato de aluminio, puede variar su acidez de acuerdo a la relación silicio/aluminio.

La acidez del catalizador es muy importante en la velocidad, pues la actividad depende de la fuerza y de la densidad de los sitios ácidos. En el caso de las zeolitas, como catalizadores sólidos, la acidez está dada por la capacidad de aceptar un par electrónico (Lewis) o de donar un protón (Bronsted); esto depende de si la carga negativa del aluminosilicato está compensada por protones o por la generación de sitios insaturados capaces de aceptar electrones.

La esterificación que se eligió para probar el catalizador fue la reacción entre ácido acético y etanol para la obtención de acetato de etilo; dicho producto se importa al país en grandes cantidades, especialmente por empresas como Sucromiles, Laboratorios Wacol Ltda., Merck Colombia S.A., Firmenich, entre otras, comprándose a países como Suiza, Alemania, Estados Unidos, Brasil y México; por otra parte, la materias primas ácido acético y etanol se importan en gran cantidad, pero en los últimos años también se ha motivado la producción nacional apostándole a la industria colombiana.