Síntese, estrutura e reactividade de novos materiais microporosos - Brandão, Paula Cristina Ferreira da Silva
Esta tese de Doutoramento tem como principal objectivo a síntese, caracterização estrutural e o estudo da actividade catalítica de vários sólidos cristalinos microporosos: titanossilicatos do tipo ETS-10 com substituição isomórfica do Ti por V, Nb e Cr e substituição do Si por B; vários titano-niobossilicatos análogos sintéticos do mineral nenadkevichite; quatro novos vanadossilicatos denominados, AM-6, 8, 9 e 10 (Aveiro- Manchester), em especial o AM-6; e, fuialmente, um novo niobossilicato, denominado AM- 11. As técnicas de caracterização usadas são: diikacção de raios-X de pós, análise química elementar por espectrometria de raios-X por dispersão de energia (EDS) e por espectroscopia de emissão atómica com fonte de plasma indutivamente acoplado (íCP AES), microscopia electrónica de varrimento (SEM) e de alta resolução oa,nálise termogravimétrica (TGA), térmica diferencial @TA) e de calorimetria diferencial de varrimento (DSC), espectroscopias de Raman, i&avermelho com transformada de Fourier (FTIR) e ultravioleta-visível em modo de reflectância difusa (DR-W), ressonância magnética nuclear do estado sólido com rotação segundo o ânguio mágico (NMR MAS) de "B, '3%29 ~"i,V e '%b. Os diferentes materiais, ETVS-10, ETNbS-10, ETCrS-10 e ETBS-10, apresentam uma estrutura semelhante B do ETS-10. Neste trabalho mostro que o v4', v5', NbSt e cr3+ substituem isomorficamente o TI4 nos sítios octaédricos, enquanto que o B3+ substitui o si4+ nos lugares tetraédricos. Ao estudar a possibilidade de inserção do Nb no esqueleto do ETS-10 surgiram, para pH do gel superior a 11.6, materiais titano-niobossilicatos com diferentes razões molares TilNb. Estes sólidos microporosos com estrutura análoga à do mineral nenadkevichite possuem Si tetracoordenado e Ti e Nb hexacoordenados. Dos quatro novos vanadossilicatos sintetizados (AM-6, -8, -9 e -lO), o AM-6 é o material mais interessante a nível de possíveis aplicações industriais, possuindo uma estrutura semelhante à do ETS-10 em que todo o ~ifo~i su'bs tituído por v' e V''. Para além do mineral cavansite, o AM-6 é o único sólido crisialino microporoso, conhecido, que possui quantidades estequiométncas de vanádio no seu esqueleto. O AM-11 é um niobossilicato microporoso de poros pequenos (ca. 4 A), que possui elevada área superjicial, o que o torna num materiai importante na área da adsorção. A actividade catalítica dos diferentes materiais foi estudada usando como reacções modelo a desidratqão do t-butanol e a reformação do n-hexano. As propriedades ácidobase do AM-11 foram caracterizadas com base nos resultados da conversão do i-propanol Os materiais ETNbS-10, ETCrS-10 e ETBS-10 apresentam, na desidratação do t-butanol níveis de conversão consideravelmente superiores ao do ETS-10. No entanto, estes materiais possuem menor selectividade para o i-buteno, resultante da introdução de centros ácidos na estrutura do ETS-10. O AM-6 tem um comportamento semelhante ao ETS-10. Para o AM-11 os resultados obtidos para esta reacção foram excelentes, quer ao nível da conversão (99.9 % a 250 "C), quer ao nível da selectividade para o i-buteno (98.9 %). Este niobossilicato possui sítios activos ácidos e básicos, tomando-o num material com grandes potencialidades na área da catáiise. Na reacção de reformação do n-hexano, com formação do benzeno como principal produto, os materiais ETBS-10 apresentam resultados semelhantes ao ETS-10.