Diseño de catalizadores mesoporosos Sn-KIT-6 para la conversión de glucosa a productos de alto valor agregado

Abstract

This study reports the synthesis and characterization of Sn-KIT-6 type mesoporous catalysts with different Si/Sn molar ratio (80, 60 and 40). The synthesis of these catalysts was performed by the sol-gel method using the Pluronic P123 triblock copolymer as a structure template, tetraethylorthosilicate (TEOS, C8H20O4Si) as a source of silica, low concentration of acid, n-butanol and SnCl4.5H2O at 35 °C. The incorporation of Sn+4 ions in the silica network modifies its physicochemical properties, in particular its acidity, providing the ability to interact with hydroxyl and carbonyl functional groups. Characterization techniques to verify elemental composition, structural order, morphology, textural properties, coordination sphere of Sn species and quantification of acidic sites include: MP-AES, SAXRD, SEM, N2 physisorption, UV-Vis- DRS, and determination of total acidity by titration. The results obtained showed materials with Ia3d cubic structure, which is typical of this type of material. These catalysts also have high specific areas ranging from 714 to 746 m²/g, pore diameters reaching 7.8 nm and pore volume of approximately 1.1 cm³/g. Samples Sn-KIT-6(60) and Sn-KIT-6(40) revealed the formation of SnO2 nanoparticles, showing an important relationship between the tin concentration and the formation of this polymeric phase. However, all samples showed preferential formation of tetrahedral tin species associated with Lewis acidic sites. The reaction results showed that Sn-KIT-6 materials were able to convert glucose with high selectivity towards fructose and HMF.

En el presente estudio se reporta la síntesis y caracterización de catalizadores mesoporosos del tipo Sn-KIT-6 con diferente relación molar Si/Sn (80, 60 y 40). La síntesis de estos catalizadores se realizó por el método sol-gel utilizado el copolímero tribloque Pluronic P123 como plantilla de estructura, tetraetilortosilicato (TEOS, C8H20O4Si) como fuente de sílice, baja concentración de ácido, n-butanol y SnCl4.5H2O a 35 °C. La incorporación de iones Sn+4 en la red de sílice, modifica sus propiedades fisicoquímicas, en particular sus propiedades ácidas, proporcionando la capacidad de interactuar con grupos funcionales hidroxilo y carbonilo. Las técnicas de caracterización para verificar la composición elemental, orden estructural, morfología, propiedades texturales, esfera de coordinación de las especies de Sn y cuantificación de sitios ácidos, incluyen: MP-AES, SAXRD, SEM, Fisisorción de N2, UV-Vis-DRS, y determinación de acidez total por titulación. Los resultados obtenidos mostraron materiales con estructura cúbica Ia3d, típica de este tipo de materiales, además presentan áreas específicas altas entre 715 y 746 m²/g, diámetros de poro que alcanzan los 7.8 nm y volumen de poro alrededor de 1.1 cm³/g. Las muestras Sn-KIT-6 (60) y Sn-KIT-6 (40) presentaron la formación de nanopartículas de SnO2, indicando una importante relación entre la concentración de estaño y la formación de esta fase polimérica. Sin embargo, en todas las muestras hubo formación preferencial de especies tetraédricas de estaño, asociada con los sitios ácidos de Lewis. Los resultados de reacción demostraron que los materiales Sn-KIT-6 fueron capaces de llevar a cabo la conversión de Glucosa con alta selectividad hacia fructosa y HMF.