Topotactic growth of mordenite zeolite from Na-RUB-18 lamellar silicate

Autor: Gabriel de Biasi Báfero
Přispěvatelé: Pastore, Heloise de Oliveira, 1962, Martins, Leandro, Sígoli, Fernando Aparecido, Universidade Estadual de Campinas. Instituto de Química, Programa de Pós-Graduação em Química, UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2020
Předmět:
Zdroj: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
instacron:UNICAMP
Popis: Orientador: Heloise de Oliveira Pastore Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química Resumo: A aplicação dos silicatos lamelares apresenta algumas limitações relacionadas a sua baixa área superficial e acidez. No entanto, esses materiais possuem grupos silanóis reativos na superfície de suas lamelas, além de um espaço interlamelar flexível, que os torna bons trocadores iônicos e intercaladores. Em função dessas propriedades, os silicatos lamelares podem sofrer uma variedade de modificações covalentes e não covalentes, bem como serem empregados como precursores de estruturas tridimensionais. Existe grande similaridade entre a estrutura desses sólidos e dos zeólitos, uma vez que são essencialmente compostos de tetraedros TO4 (T = Si ou Al), além de, muitas vezes, apresentarem unidades básicas em comum. As lamelas do silicato Na-RUB-18, recobertas por grupos silanóis e silanolatos, são constituídas por cavidades de quatro anéis de cinco membros [54], também presentes na estrutura do zeólito mordenita. Dessa forma, o principal objetivo desse trabalho foi investigar e compreender os mecanismos envolvidos na conversão hidrotérmica do Na-RUB-18 em mordenita e outras estruturas zeolíticas. Para tanto, além do precursor silícico, foi empregado aquele com alumínio incorporado, em meio básico, na presença ou ausência de isopropóxido de alumínio. As misturas reacionais apresentaram razões molares Si/Al iguais a ?, 30, 20, 10 e 5. A estrutura cristalina dos materiais obtidos foi analisada por difração de raios X; a sua composição por fluorescência de raios X; o hábito dos seus cristais por microscopia eletrônica de varredura; e a conectividade entre os seus átomos por espetroscopia no infravermelho com transformada de Fourier e por ressonância magnética nuclear no estado sólido dos núcleos de 29Si e 27Al. Nas diferentes sínteses empreendidas, observou-se não apenas a formação do zeólito mordenita, mas também das fases Na-P1 e ZSM-34, que não têm unidades em comum com o precursor. Foi verificado que a obtenção dessas estruturas tem diferentes origens. O zeólito mordenita é fruto de uma conversão reconstrutiva das lamelas, resultando no seu crescimento topotático; enquanto que Na-P1 e ZSM-34 advém da recristalização do Na-RUB-18 no meio reacional. Por fim, as amostras puras de mordenita, obtidas com um rendimento de 65 % (mol/mol SiO2), apresentaram sítios ácidos comparáveis à amostra comercial, verificados por experimentos de dessorção termoprogramada de amônia. Sua utilização na reação de desidratação de etanol mostrou que seus cristais de hábito prismático e dimensões nanométricas, entre 300 e 1000 nm, foram superiores em termos de estabilidade e desativação Abstract: The application of lamellar silicates is limited due to its small surface area and low acidity. However, these materials present lamella covered by reactive silanol groups, in addition to a flexible interlayer space, which makes them good ion exchangers and intercalators. Due to these properties, lamellar silicates can undergo a variety of covalent and non-covalent modifications, as well as being used as precursors to three-dimensional structures. There is great similarity between the structure of these solids and zeolites, since they are essentially composed of TO4 tetrahedra (T = Si or Al), in addition to the sharing of some basic units. The lamella of the Na-RUB-18 silicate, covered by silanol and silanolate groups, are constituted by cavities of four five-membered rings [54], also present in the mordenite zeolite structure. Thus, the main objective of this work was the investigation and understanding of the mechanisms involved in the hydrothermal conversion of Na-RUB-18 into mordenite and other zeolitic structures. For this purpose, beyond to the silicic precursor, the aluminum incorporated one was employed, in an alkaline medium, with or without aluminum isopropoxide. The reaction mixtures presented Si/Al molar ratios equal to ?, 30, 20, 10 and 5. The crystalline structure of the materials obtained was analyzed by X-ray diffraction; its composition by X-ray fluorescence; the habit of the crystals by scanning electron microscopy; and the connectivity between their atoms by infrared spectroscopy with Fourier transform and by nuclear magnetic resonance in the solid state of the 29Si and 27Al nuclei. In the different syntheses undertaken, it was observed not only the formation of mordenite zeolite, but also Na-P1 and ZSM-34 phases, which do not share common basic units with the precursor. It was found that the obtaining of these structures has different origins. The mordenite zeolite is the result of a reconstructive conversion of the lamella, resulting in a topotactic growth; while Na-P1 and ZSM-34 come from the recrystallization of Na-RUB-18 in the reaction medium. Finally, pure mordenite samples, obtained with a 65% yield (mol/mol SiO2), showed acidic sites comparable to the commercial sample, verified by thermoprogrammed ammonia desorption experiments. The application of these materials in the ethanol dehydration reaction showed that the crystals with prismatic habit and nanometric dimensions, between 300 and 1000 nm, were superior in terms of stability and deactivation Mestrado Química Inorgânica Mestre em Química CAPES 001
Databáze: OpenAIRE
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