Zeólitas hierárquicas MWW por soft e hard templates: inserção de nióbio e atividade catalítica

Abstract

A síntese das zeólitas hierárquicas de estrutura MWW foram realizadas empregando estratégias de soft e hard templates. Os materiais foram caracterizados por diversas técnicas como DRX, TG, ICP, Isotermas de adsorção de N2, MEV, MET e, UV-Vis e FTIR com piridina adsorvida. A estratégia por soft template foi realizada empregando surfactantes com diferentes tamanhos de cadeia em diferentes tratamentos (suave e agressivo). Foi observado que o tamanho do surfactante em sinergia de tratamento (suave ou agressivo) influencia na arquitetura final gerando materiais pilarizados, desorganizados e desilicados. De uma forma geral, foi observado que o tratamento agressivo danifica a estrutura, porém cria regiões de acessibilidade devido à quebra de algumas lâminas MWW, resultando em uma atividade catalítica para conversão de frutose a 5-hidroximetilfurfural (5-HMF) semelhante aos materiais com tratamento suave. Para as zeólitas com pilares mistos de Si/Nb, a inserção do metal aumenta a acidez de Lewis devido a incorporação de nióbio. O nióbio se encontra como espécies mononucleares tetraédricamente coordenado com o silício nos pilares e o seu aumento gradual da quantidade de nióbio nos pilares acaba por diminuir a mesoporosidade interlamelar. O uso de partículas de carbono tipo BP 2000 como hard templates em zeólitas tipo MCM-22 foi efetivo e no controle de morfologia microesférica. Isto se deve ao procedimento de síntese utilizado, em modo dinâmico, e particularmente, a forma tortuosa das dos aglomerados de partículas primárias do carbono BP 2000 que interage com os núcleos zeolíticos. O crescimento dos cristais se dá em orientações aleatórias, na forma de castelo de cartas com regiões de meso e macroporos acessíveis em toda a microesfera as quais possuem tamanhos entre 6-10 µm. O controle da morfologia na forma de microesferas não afeta a atividade catalítica comparado à síntese tradicional da MCM-22. As microesferas na forma acidificadas foram impregnadas com nióbio e demonstraram sinergia entre a acidez da zeólita e o metal apresentando atividade catalítica superior para a conversão de frutose a 5-HMF à sua forma acidificada nos primeiros 45 minutos de reação. Foi demonstrado que as estratégias por soft e hard template são atrativas e potencias para a criação de porosidade hierárquica em zeólitas de estrutura MWW.