Síntesis, caracterización y evaluación catalítica de un ZrO₂ con fase monoclínica

 

J. M. Hernández Enríquez¹, L. A. García Serrano¹, R. García Alamilla², L. A. Cortez Lajas², A. Cueto Hernández³

 

¹ Instituto Politécnico Nacional, Escuela Superior de Ingeniería Textil, Av. Instituto Politécnico Nacional s/n, Edificio #8, Col. Linda Vista, Delegación Gustavo A. Madero, 07738 México D.F., México.

² Instituto Tecnológico de Cd. Madero, División de Estudios de Posgrado e Investigación Juventino Rosas y Jesús Urueta S/N, Col. Los Mangos, 89440 Cd. Madero, Tam., México.

³ Universidad Autónoma Metropolitana–Azcapotzalco Av. San Pablo No. 180, Col. Reynosa Tamaulipas, Delegación Azcapotzalco, 02200 México D.F., México.

 

Recibido: 8 de abril de 2009.
Aceptado: 13 de mayo de 2009.

 

Resumen

En el presente trabajo se aborda la síntesis de óxidos de circonio (ZrO₂) por el método sol–gel con una variación en la temperatura de calcinación (100, 200, 400, 500, 600 y 800°C), donde se tuvo como objetivo estudiar la posible influencia de este parámetro o variable de síntesis sobre las propiedades texturales, estructurales y ácidas del ZrO₂. Los materiales se analizaron mediante fisisorción de nitrógeno, difracción de rayos X, análisis térmicos, espectroscopía infrarroja, termodesorción programada de amoniaco y deshidratación de 2–propanol. La actividad catalítica de un óxido de circonio monoclínico con temperatura de calcinación de 600°C se evaluó en la isomerización de n–hexano a 250°C y presión atmosférica. Se observó que la temperatura de calcinación tiene gran influencia sobre las propiedades texturales, grado de cristalinidad y acidez de los materiales. Los soportes sintetizados se clasificaron como materiales mesoporosos, nanocristalinos y con un grado de acidez aceptable hasta los 600°C. Aunque se considera a la fase tetragonal del óxido de circonio como sinónimo de actividad catalítica, este trabajo mostró a un óxido de circonio monoclínico con un potencial como catalizador sólido ácido, activo en la deshidratación de alcoholes y el la isomerización selectiva de n–hexano.

Palabras clave: Óxidos de circonio; Sol–gel; Calcinación; Propiedades fisicoquímicas.

 

Abstract

The present work deals with the synthesis of zirconium oxides (ZrO₂) by the sol–gel method varying the calcination temperature (100, 200, 400, 500, 600 y 800°C) and studying the possible influence of this parameter or synthesis variable on the textual, structural and acid properties of ZrO₂. Materials were analyzed by nitrogen physisorption, X–ray diffraction, thermal analysis, infrared spectroscopy, NH₃ temperature–programmed desorption and 2–propanol dehydration. The catalytic activity of monoclinic zirconia calcined at temperature of 600°C was evaluated in the isomerization of n–hexane at 250°C and atmospheric pressure. It was observed that the calcination temperature had a great influence over the textural properties, crystallinity degree and acidity of the materials. The synthesized supports were classified as mesoporous materials, nanocrystalline with an acceptable acid degree up to 600°C. Although it is considered that the tetragonal phase of zirconium oxide as a synonym of catalytic activity, in this work it is shown that a monoclinic zirconia can be a potential solid acid catalyst, taking part in alcohol dehydration and selective isomerization of n–hexane.

Key words: Zirconium oxides; Sol–gel; Calcination; Physicochemical properties.

 

DESCARGAR ARTÍCULO EN FORMATO PDF

 

Agradecimientos

Al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT) por la beca otorgada 181668 y al COSNET por el apoyo económico a través del proyecto 479.04P.

 

Referencias

[1]. J. Guzmán, H. Pérez, J. Trejo, T. Viveros, Rev. Mex. Ing. Quím., 1, 29 (2002).         [ Links ]

[2]. B. Tyagi, M.K. Mishra, R.V. Jasra, Catal. Commun., 7, 52 (2006).         [ Links ]

[3]. G.D. Yadav, J.J. Nair, Microporous Mesoporous Mater., 33, 1 (1999).         [ Links ]

[4]. L.R. Pizzio, Memorias del XIX Simpósio Iberoamericano de Catálisis, 2367 (2004).         [ Links ]

[5]. K. Arata, H. Matsuhashi, M. Hino, H. Nakamura, Catal. Today, 81, 17 (2003).         [ Links ]

[6]. G.E. Lascalea, D.G. Lamas, E. Djurado, N.E. Walsöe de Reca, J. Arg. Chem. Soc., 91, 135 (2003).         [ Links ]

[7]. J.A. Wang, M.A. Valenzuela, J. Salmones, A. Vázquez, A. García, X. Bokhimi, Catal. Today, 68, 21 (2001).         [ Links ]

[8]. P. Padmaja, K.G.K. Warrier, M. Padmanabhan, W. Wunderlich, F.J. Berry, M. Mortimer, N.J. Creamer, Mater. Chem. Phys., 95, 56 (2006).         [ Links ]

[9]. M.C. Barrera, M. Viniegra, J. Escobar, J.A. de Los Reyes, Rev. Soc. Quím. Méx., 46, 73 (2002).         [ Links ]

[10]. F. Chen, K. Zhu, L. Huang, Y. Chen, F. Kooli, Mater. Res. Bull., 41, 10 (2006).         [ Links ]

[11]. F. Figueras, J.L. Flores, Emerging Fields in Sol–Gel Science and Technology, 68, 37 (2003).         [ Links ]

[12]. R. Silva, J.M. Hernández, A. Castillo, J.A. Melo, R. García, M. Picquart, T. López, Catal. Today, 107, 838 (2005).         [ Links ]

[13]. Q.H. Xia, K. Hidajat, S. Kawi, J. Catal., 205, 318 (2002).         [ Links ]

[14]. J.I. Di Cosimo, V.K. Díez, M. Xu, E. Iglesia, C.R. Apesteguía, J. Catal., 178, 499 (1998).         [ Links ]

[15]. J.E. Rekoske, M.A. Barteau, J. Catal., 165, 57 (1997).         [ Links ]

[16]. A. Ouqour, G. Coudurier, J.C. Vedrine, Chem. Soc. Faraday Trans., 89, 3151 (1993).         [ Links ]

[17]. Y. Cao, J.Ch. Hu, Z.S. Hong, J.F. Deng, K.N. Fan, Catal. Lett., 81, 107 (2002).         [ Links ]

[18]. S. Melada, M. Signorretto, S.A. Ardizzone, C.L. Bianchi, Catal. Lett., 75, 199 (2001).         [ Links ]

[19]. Y. Sun, L. Yuan, W. Wang, Ch.L. Chen, F.S. Xiao, Catal. Lett., 87, 57 (2003).         [ Links ]

[20]. Y.W. Suh, J.W. Lee, H.K. Rhee, Catal. Lett., 90, 103 (2003).         [ Links ]

[21]. X. Yang, F.C. Jentoft, R.E. Jentoft, F. Girgsdies, T. Ressler, Catal. Lett., 81, 25 (2002).         [ Links ]

[22]. Ch.L. Chen, T. Li, S. Cheng, N. Xu, Ch.Y. Mou, Catal. Lett., 78, 223 (2002).         [ Links ]

[23]. S. Storck, H. Bretinger, W.F. Maier, Appl. Catal. A, 174, 137 (1998).         [ Links ]

[24]. M. Yamasaki, H. Habazaki, K. Asami, K. Izumiya, K. Hashimoto, Catal. Commun., 7, 24 (2006).         [ Links ]

[25]. Y. Zhao, W. Li, M. Zhang, K. Tao, Catal. Commun., 3, 239 (2002).         [ Links ]

[26]. Y.Y. Huang, B.Y. Zhao, Y.Ch. Xie, Appl. Catal. A, 171, 75 (1998).         [ Links ]

[27]. J.A. Moreno, G. Poncelet, Appl. Catal. A, 210, 151 (2001).         [ Links ]

[28]. J.C. Yori, C.L. Pieck, J.M. Parera, Catal. Lett., 64, 141 (2000).         [ Links ]

[29]. V.R. Komandur, K.S. Kottapalli, N. Dhachapally, R. Pagadala, Catal. Commun., 9, 75 (2008).         [ Links ]

[30]. M.S. Collado, E. Ramos, T. López, J.F. Pérez, Emerging Fields in Sol–Gel Science and Technology, 68, 211 (2003).         [ Links ]

[31]. F. Babou, G. Coudurier, C. Vedrine, J. Catal., 152, 341 (1995).         [ Links ]

[32]. J.R. Jain, C.N. Pillai, J. Catal., 9, 322 (1967).         [ Links ]

[33]. K. Tanabe, M. Misono, Y. Ono, H. Hattori, New Solids Acids and Bases, 135 (1989).         [ Links ]

[34]. N. Yamamoto, S. Sato, R. Takahashi, K. Inui, J. Mol. Catal. A, 243, 52 (2006).         [ Links ]

[35]. X.R. Chen, Ch.L. Chen, N.P. Xu, S. Han, Ch.Y. Mou, Catal. Lett., 85, 177 (2003).         [ Links ]

[36]. Y. Ono, Catal. Today, 81, 3 (2003).         [ Links ]

[37]. Miyaji, T. Echizen, L. Li, T. Suzuki, Y. Yoshinaga, T. Okuhara, Catal. Today, 74, 291–297 (2002).         [ Links ]

[38]. Y. Xia, W. Hua, Z. Gao, Appl. Catal. A, 185, 293 (1999).         [ Links ]

[39]. C.R. Vera, C.L. Pieck, K. Shimizu, J.M. Parera, Appl. Catal. A, 230, 137 (2002).         [ Links ]

[40]. T. Kanougi, T. Atoguchi, S. Yao, J. Mol. Catal. A, 177, 289 (2002).         [ Links ]

[41]. K. Tomishige, A. Okabe, K. Fujimoto, Appl. Catal. A, 194, 383 (2000).         [ Links ]

[42]. J.C. Duchet, D. Guillaume, A. Monnier, C. Dujardin, J.P. Gilson, J.V. Gestel, G. Szabo, P. Nascimento, J. Catal., 198, 328 (2001).         [ Links ]

[43]. J.G. Santiesteban, D.C. Calobro, C.D. Chang, J.C. Vartuli, T.J. Fiebig, R.D. Bastian, J. Catal., 202, 25 (2001).         [ Links ]