Hidrofobicidade ordinária de Faujasitas mesoporosas impulsionando a cetalização catalítica de glicerol com acetona

Abstract

Uma série de zeólitas faujasitas foi utilizada na reação de cetalização de glicerol com acetona. Essa estrutura zeolítica é amplamente explorada em reações de craqueamento e possui mesoporosidade e hidrofobicidade conhecidas, resultantes dos tratamentos realizados para remover átomos de alumínio da rede e produzir uma estrutura estabilizada contendo diferentes razões de Si/Al. Tais propriedades, em combinação com a acidez típica das zeólitas, são extremamente adequadas para conduzir a reação de cetalização, uma reação bifásica que envolve compostos volumosos (em comparação com o tamanho dos poros zeolíticos) e que é reversível com a formação de água como subproduto. A presença de mesoporos nas zeólitas foi confirmada a partir da distribuição do tamanho dos poros usando isotermas de adsorção física de nitrogênio. A hidrofobicidade foi confirmada indiretamente por meio de medidas de termogravimetria, medindo a quantidade de água adsorvida e a temperatura de dessorção da água. As medidas do ângulo de contato das zeólitas com glicerol mostraram apenas um leve aumento com o aumento da razão Si/Al devido a um aumento nos grupos SiOH, defeitos que naturalmente surgiram da remoção de átomos de alumínio. Apesar da alta concentração de grupos SiOH hidrofílicos estruturais, a acessibilidade e hidrofobicidade dos sítios ácidos de Brønsted isolados (até Si/Al = 250) dentro dos poros zeolíticos foram importantes para garantir um desempenho melhorado na reação.

A series of Faujasite zeolites were used in the glycerol ketalization reaction with acetone. This zeolitic structure is widely explored in cracking reactions and has known mesoporosity and hydrophobicity, resulting from the treatments conducted to remove aluminum atoms from the framework and produce a stabilized structure containing different Si/Al ratios. Such properties, in combination with the typical acidity of zeolites, are extremely suitable for driving the ketalization reaction, a two-phase reaction that involves bulky compounds (compared to the size of the zeolitic pores) and that is reversible with the formation of water as a byproduct. The presence of mesopores in the zeolites was confirmed from the pore size distribution using nitrogen physisorption isotherms. Hydrophobicity was confirmed indirectly by thermogravimetry measurements, measuring the amount of water adsorbed and the water desorption temperature. Measurements of the contact angle of zeolites with glycerol showed only a slight increase with the increase in the Si/Al ratio due to a rise in SiOH groups, defects that naturally arose from removing aluminum atoms. Despite the high concentration of structural hydrophilic SiOH groups, the accessibility and hydrophobicity of isolated Brønsted acid sites (up to Si/Al = 250) inside the zeolitic pores were important to guarantee an improved performance in the reaction.