Resumen
Las zeolitas son sólidos microporosos, ampliamente utilizados como catalizadores heterogéneos debido su elevada estabilidad hidrotermal, su elevada área específica, su selectividad por control de forma y sus propiedades físico-químicas ajustables. La optimización de dichas propiedades permite la consolidación de los catalizadores zeolíticos como alternativas sostenibles y eficientes para mejorar numerosos procesos de interés industrial y medioambiental.
En la presente tesis doctoral se aplicaran diversas metodologías de síntesis directa y post-sintéticas que permitan un control de las propiedades finales de la zeolita, desde la escala microscópica hasta la escala molecular y atómica, permitiendo el diseño racional de zeolitas con propiedades físico-químicas y texturales controladas, que repercutirán directamente en la distribución de los centros activos, en el control del tamaño de partícula de zeolita y en su comportamiento catalítico final frente a reacciones de interés.
La primera parte de este trabajo (Capítulo 4) se centra en la síntesis de zeolitas de poro medio de estructura tipo MFI con centros activos de Pt con estabilidad mejorada y mayor resistencia a la desactivación del catalizador por sinterizado de los centros metálicos. Para ello, se han incluido en la síntesis cationes alcalinos que maximicen la dispersión de los nanoclusters y una segunda especie metálica que actúe como especie aleante, dando lugar a clústeres de la aleación bimetálica que presenten mejor comportamiento catalítico. Los materiales, una vez sintetizados con la proporción atómica adecuada de centros metálicos, catión alcalino y especie aleante, han resultado ser catalizadores eficientes y estables para la reacción de deshidrogenación no-oxidativa de propano, reacción de elevado interés industrial que requiere condiciones muy severas de temperatura en ambiente redox.
La segunda parte de la tesis doctoral (Capítulo 5) se centra en (i) la síntesis de zeolitas de poro medio tipo MFI con propiedades difusivas controladas gracias al control del tamaño final de cristal de la zeolita con centros metálicos de Pt introducidos por encapsulación directa para la mejora de la actividad catalítica para la conversión de moléculas voluminosas de interés como el fenilacetileno y (ii) en el desarrollo de coberturas homogéneas hidrófobas con estructura cristalina tipo MFI empleando la novedosa metodología de la síntesis hidrotermal ultrarrápida, con el fin de mejorar la estabilización de los centros activos metálicos ante fenómenos de arrastre/lixiviado o sinterizado.
Finalmente, la última parte (Capítulo 6) plantea la combinación de estrategias basadas en la optimización de la composición del gel de síntesis, de la metodología de incorporación de los centros activos y del control sobre el tamaño final de partícula de zeolita para el desarrollo de zeolitas de poro medio (tipo MFI) y poro grande (tipo BEA) con centros ácidos Brønsted y centros metálicos de Ni que ejerzan de catalizadores multifuncionales eficientes para la reacción de oligomerización de etileno, de elevado interés industrial. Para ello, mediante el uso de agentes directores de estructura orgánicos específicos se ha ejercido un control sobre el tamaño de cristal final de los materiales y mediante el procedimiento de incorporación de los centros Ni se ha controlado el estado final de los centros activos, modulando la actividad catalítica de los materiales.
