BR102018016042A2 - Processo de obtenção de cobalto silicato mesoporoso e produto obtido - Google Patents

Processo de obtenção de cobalto silicato mesoporoso e produto obtido Download PDF

Info

Publication number
BR102018016042A2
BR102018016042A2 BR102018016042-7A BR102018016042A BR102018016042A2 BR 102018016042 A2 BR102018016042 A2 BR 102018016042A2 BR 102018016042 A BR102018016042 A BR 102018016042A BR 102018016042 A2 BR102018016042 A2 BR 102018016042A2
Authority
BR
Brazil
Prior art keywords
cobalt
mesoporous
organic
silicate
30min
Prior art date
Application number
BR102018016042-7A
Other languages
English (en)
Other versions
BR102018016042B1 (pt
Inventor
José Geraldo Nery
Davi Rubinho Ratero
Original Assignee
Universidade Estadual Paulista Julio De Mesquita Filho
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Universidade Estadual Paulista Julio De Mesquita Filho filed Critical Universidade Estadual Paulista Julio De Mesquita Filho
Priority to BR102018016042-7A priority Critical patent/BR102018016042B1/pt
Publication of BR102018016042A2 publication Critical patent/BR102018016042A2/pt
Publication of BR102018016042B1 publication Critical patent/BR102018016042B1/pt

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D9/00Crystallisation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J21/00Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
    • B01J21/06Silicon, titanium, zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
    • B01J21/08Silica
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/74Iron group metals
    • B01J23/75Cobalt
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J29/00Catalysts comprising molecular sieves
    • B01J29/04Catalysts comprising molecular sieves having base-exchange properties, e.g. crystalline zeolites
    • B01J29/041Mesoporous materials having base exchange properties, e.g. Si/Al-MCM-41
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J3/00Processes of utilising sub-atmospheric or super-atmospheric pressure to effect chemical or physical change of matter; Apparatus therefor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/009Preparation by separation, e.g. by filtration, decantation, screening
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/20Silicates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/20Silicates
    • C01B33/36Silicates having base-exchange properties but not having molecular sieve properties
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B37/00Compounds having molecular sieve properties but not having base-exchange properties
    • C01B37/005Silicates, i.e. so-called metallosilicalites or metallozeosilites
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2523/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group C07C2521/00
    • C07C2523/70Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group C07C2521/00 of the iron group metals or copper
    • C07C2523/72Copper

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)

Abstract

A presente patente de invenção descreve a obtenção de um novo cobalto silicato sintetizado por via hidrotérmica utilizando direcionadores de estrutura orgânicos, em uma rota de síntese em que os sais de cobalto são empregados diretamente no gel da reação juntamente com os direcionadores orgânicos, ao contrário dos métodos tradicionais de síntese de materiais zeolíticos em que os sais de cobalto são impregnados com os direcionadores orgânicos. Dessa forma, é obtido um cobalto silicato mesoporoso com estrutura e morfologia inéditas, apresentando cobalto como parte integrante da estrutura cristalina do material, o que é uma característica importante e difícil de ser obtida, aumentando o valor agregado ao produto final, dito material mesoporoso que pode ser aplicado em catálise heterogênea, em reações que envolvem o cobalto como agente catalítico, além de aplicações como peneira molecular e agente adsorvente de íons em solução.

Description

PROCESSO DE OBTENÇÃO DE COBALTO SILICATO MESOPOROSO E PRODUTO OBTIDO CAMPO TÉCNICO
[001] A presente patente de invenção descreve a obtenção de um novo cobalto silicato sintetizado por via hidrotérmica utilizando direcionadores de estrutura orgânicos, em uma rota de síntese em que os sais de cobalto são empregados diretamente no gel da reação juntamente com os direcionadores orgânicos, provendo um material mesoporoso que pode ser aplicado em catálise heterogênea, em reações que envolvem o cobalto como agente catalítico, além de aplicações como peneira molecular e agente adsorvente de íons em solução.
[002] ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
[003] Zeólitas constituem uma classe de aluminossilicatos que são caracterizadas por suas estruturas abertas, com características cristalinas, microporosas e geralmente contendo cátions alcalinos e alcalinos terrosos em sua composição, tendo como fórmula molecular:
[004] Fórmula 1: fórmula molecular das zeólitas
[005] Mm((SiO2)x(AlO2)y] •zH2O
[006] Onde:
[007] M = cátion de compensação, que pode ser metal alcalino ou alcalino terroso;
[008] m = número de valência do cátion de compensação;
[009] x = número de silício por fórmula unitária;
[010] y = número de alumínio por fórmula unitária;
[011] z = número de moléculas de água no sistema de cavidades.
[012] A estrutura cristalográfica de uma zeólita é formada por uma rede tridimensional de tetraedros, do tipo (SiO4] e (AlO4] -1 , que compartilham átomos de oxigênio, formando cavidades e canais de dimensões moleculares. Quando a estrutura da zeólita é composta apenas por silício (SiO4] , a carga total da rede cristalina é neutra; no entanto, quando a estrutura é composta por tetraedros mistos de silício e alumínio, a carga da rede cristalina é negativa devido a presença dos tetraedros de (AlO4] -1 , sendo que esta carga negativa é compensada por cátions de metais alcalinos e/ou alcalinos terrosos, mono e/ou bivalentes, dentro das cavidades (SMART, L. E.; MOORE, E. A. Solid State Chemistry: Na Introduction. 2. Londres: CRC Press, 1995.] .
[013] As zeólitas possuem propriedades químicas e físicas que as tornam extremamente úteis e funcionais como catalisadores heterogêneos. Entre essas propriedades destacam-se a alta estabilidade térmica de sua estrutura a base de alumínio e silício, sua grande área superficial interna tipicamente em torno de 300-700 m2g -1 , e a presença de uma alta concentração de sítios catalíticos ácidos ou básicos que são facilmente modulados pelo processo de troca iônica. Essas propriedades fazem das zeólitas excelentes catalisadores para serem usados em processos catalíticos industriais que ocorrem em condições de alta temperatura e pressão (SMART, L. E.; MOORE, E. A. Solid State Chemistry: Na Introduction. 2. Londres: CRC Press, 1995.] , (CUNDY, C. S.; COX, P. A. The hydrothermal synthesis of zeolites: History and development from the earliest days to the present time. Chemical Reviews, v. 103, n. 3, p. 663-701, Mar 2003. ISSN 0009- 2665. Disponível em: <<Go to ISI>://WOS:000181603000002 >.] , (CUNDY, C. S.; COX, P. A. The hydrothermal synthesis of zeolites: Precursors, intermediates and reaction mechanism. Microporous and Mesoporous Materials, v. 82, n. 1-2, p. 1-78, Jul 5 2005. ISSN 1387- 1811. Disponível em: <<Go to ISI>://WOS:000230274200001 >.] .
[014] A substituição dos átomos de Silício (Si) ou Alumínio (Al) da rede cristalográfica desses materiais por átomos como Titânio (Ti), Vanádio (V), Zircônio (Zr), Germânio (Ge), Estanho (Sn), Nióbio (Nb), Ítrio (Y), Cromo (Cr), Molibdênio (Mo) favorece a obtenção de zeólitas com diferentes características físico-químicas e possivelmente com novas topologias de poros, canais e cavidades.
[015] Zeólitas contendo átomos de silício com geometria tetraédrica e átomos de metais de transição com geometria octaédrica ou pentaédrica em suas redes cristalográficas são definidos como materiais microporosos de estruturas mistas ou materiais OPT, ou seja, as unidades monoméricas de formação destes polímeros inorgânicos são os tetraedros de silício (SO4) e os octaedros (MO6) ou pentaedros (MO5) de metais de transição.
[016] Os primeiros trabalhos relacionados à síntese e caracterização dos materiais microporosos de estruturas mistas (OPT), incluindo materiais à base de cobalto silicatos datam do final da década de 80 e início da década de 90 (KUZNICKI, S. M. New crystalline titanium silicate molecular sieve zeolite| with defined X-ray powder diffraction pattern, as adsorbent and catalyst: Engelhard Minerals Corp; Engelhard Corp.] , (ROCHA, J.; ANDERSON, M. W. Microporous titanosilicates and other novel mixed octahedral-tetrahedral framework oxides. European Journal of Inorganic Chemistry, n. 5, p. 801-818, May 2000. ISSN 1434- 1948. Disponível em: <<Go to ISI>://WOS:000087022200002 >.] , (ROCHA, J.; LIN, Z. Microporous mixed octahedral-pentahedraltetrahedral framework silicates. Micro- and Mesoporous Mineral Phases, v. 57, p. 173-201, 2005 2005. ISSN 1529-6466. Disponível em: <<Go to ISI>://WOS:000234711800006 >.] , (CHUKANOV, N. V.; PEKOV, I. V. Heterosilicates with tetrahedral-octahedral frameworks: Mineralogical and crystal-chemical aspects. Micro- and Mesoporous Mineral Phases, v. 57, p. 105-143, 2005 2005. ISSN 1529-6466. Disponível em: <<Go to ISI>://WOS:000234711800004 >.] , (PEKOV, I. V.; CHUKANOV, N. V. Microporous framework silicate minerals with rare and transition elements: minerogenetic aspects. Micro and Mesoporous Mineral Phases, v. 57, p. 145-171, 2005 2005. ISSN 1529- 6466. Disponível em: <<Go to ISI>://WOS:000234711800005 >] .
[017] Materiais com estrutura zeolítica a base de cobalto silicatos vem sendo estudados, desde a década de 80, devido a suas propriedades catalíticas (LEE, Dong-Keun; IHM, Son-Ki. Hydrogenation of carbon monoxide over cobalt containing zeolite catalysts. Applied catalysis, v. 32, p. 85-102, 1987.] , (SHAMSI, Abolghasem et al. Zeolite-supported cobalt catalysts for the conversion of synthesis gas to hydrocarbon products. Industrial & engineering chemistry product research and development, v. 23, n. 4, p. 513-519, 1984.] , (ROSSIN, Joseph A.; SALDARRIAGA, Carlos; DAVIS, Mark E. Synthesis of cobalt containing ZSM-5. Zeolites, v. 7, n. 4, p. 295-300, 1987.] .
[018] Dentre as aplicações em catálise, destaca-se a redução de NOx (MARTÍNEZ-HERNÁNDEZ, Angel; FUENTES, Gustavo A. Redistribution of cobalt species in Co-ZSM5 during operation under wet conditions in the reduction of NO x by propane. Applied Catalysis B: Environmental, v. 57, n. 3, p. 167-174, 2005.] ; reações de FischerTropsch (MARTÍNEZ, Agustın et al. Fischer–Tropsch synthesis of hydrocarbons over mesoporous Co/SBA-15 catalysts: the influence of metal loading, cobalt precursor, and promoters. Journal of Catalysis, v. 220, n. 2, p. 486-499, 2003.] ; oxidação de compostos aromáticos (ROGOVIN, Marina; NEUMANN, Ronny. Silicate xerogels containing cobalt as heterogeneous catalysts for the side chain oxidation of alkyl aromatic compounds with tert-butyl hydroperoxide. Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, v. 138, n. 2, p. 315-318, 1999.] e reações de hidrogenação (BACKMAN, L. B. et al. A novel Co/SiO 2 catalyst for hydrogenation. Catalysis today, v. 43, n. 1, p. 11-19, 1998.] .
[019] Existem vários métodos para síntese de materiais zeolíticos contendo cobalto, seja integrado à estrutura, ou impregnado na superfície, ou mesmo adsorvido sob o processo de troca iônica (JONG, Sung-Jeng; CHENG, Soofin. Reduction behavior and catalytic properties of cobalt containing ZSM-5 zeolites. Applied Catalysis A: General, v. 126, n. 1, p. 51-66, 1995.] . Em geral, são utilizadas sínteses hidrotermais num meio reacional contendo sais de cobalto e uma fonte de sílica, em meio aquoso ácido ou básico, com temperaturas que variam na faixa de 100-200°C. Assim, nos métodos tradicionais de síntese de materiais zeolíticos, os sais de cobalto são impregnados aos suportes ou matrizes zeolíticas através de reações em meio tal como descrito nos documentos US5302622; US3274124 e US5874381.
[020] A literatura patentária apresenta exemplos de aplicação de materiais cristalinos contendo metais de transição, como peneiras moleculares (US9452423 e US6521206] e como catalisadores, por exemplo, em reações de conversão de hidrocarbonetos (US8529752] e redução de óxidos de nitrogênio (US10/956276] .
[021] Os documentos US20040200757, US20040187684, US20080027256, US5098684, US20160137516, US20060110321 e US20150025291 descrevem processos de obtenção de peneiras moleculares ou zeólitas com diferente composição química do material descrito na presente patente de invenção. Nestas anterioridades, os templates orgânicos são diferentes dos templates orgânicos utilizados na obtenção dos cobaltos silicatos descrito na presente patente de invenção. Por exemplo o documento US6521206 descreve um zincosilicato (CIT-6), ao passo que o documento US20040187684 descreve a síntese da peneira molecular (zeolita) SSZ-65. Este aluminiosilicato foi sintetizado usando como templates os cations orgânicos: 1-(1-(4-chlorophenyl)-cyclopropylmethyl] -1-ethylpyrrolidinium or 1-ethyl-1-(1-phenyl-cyclopropylmethyl)-pyrrolidinium.
[022] Dessa forma, é objeto da presente patente de invenção um processo de obtenção de cobalto silicato mesoporoso que utiliza brometo de 6,10-dimetil-5-azoniaspiro 4.5] decano como direcionador orgânico de estrutura, elemento não reportado em processos para a síntese de cobalto silicatos, onde os sais de cobalto são empregados diretamente no gel da reação juntamente com os direcionadores orgânicos, sendo obtido um cobalto silicato mesoporoso com estrutura e morfologia inéditas, apresentando cobalto como parte integrante da estrutura cristalina do material, o que é uma característica importante e difícil de ser obtida, aumentando o valor agregado ao produto final.
[023] SUMÁRIO
[024] A invenção descreve um processo de obtenção de cobalto silicato mesoporoso sintetizado por via hidrotérmica, utilizando direcionadores de estrutura orgânicos, utilizando uma rota de síntese em que os sais de cobalto são empregados diretamente no gel da reação, juntamente com os direcionadores orgânicos, diferenciando-se dos métodos tradicionais de preparação que se utilizam da impregnação do cobalto.
[025] A invenção descreve a obtenção de cobalto silicato mesoporoso que pode ser aplicado em catálise heterogênea, em reações que envolvem o cobalto como agente catalítico, além de aplicações como peneira molecular e agente adsorvente de íons em solução, tal como resíduos industriais e remediação ambiental.
[026] BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
[027] A figura 1 apresenta o Difratograma de Raios-X do cobalto silicato mesoporoso obtido após o tratamento térmico para remoção do direcionador orgânico.
[028] A figura 2A apresenta as imagens de micrografias do cobalto silicato mesoporoso com ampliação de 40.000 vezes, a figura 4B apresenta as imagens de micrografias do cobalto silicato mesoporoso com ampliação de 60.000 vezes e a figura C apresenta as imagens de micrografias do cobalto silicato mesoporoso com ampliação de 10.000 vezes.
[029] A figura 3 apresenta o espectro de EDS do cobalto silicato mesoporoso.
[030] A figura 4A apresenta imagens de micrografias de transmissão eletrônica de alta resolução para o cobalto silicato mesoporoso ampliado em 100 nm, a figura 4B com ampliação de 20nm e a figura 4C com ampliação de 2nm.
[031] A figura 5 apresenta o espectro de transmissão no infravermelho para as amostras de cobalto silicato mesoporoso submetidas à análise antes do processo de tratamento térmico (linha preta), e depois da retirada do direcionador orgânico pela calcinação (linha vermelha).
[032] A figura 6 apresenta a representação gráfica das curvas de Análise termogravimétrica do cobalto silicato mesoporoso.
[033] A figura 7 apresenta a representação gráfica da análise de área de superfície por isotermas Brunauer, Emmett e Taller (BET) para o cobalto silicato mesoporoso.
[034] DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
[035] O processo de obtenção de cobalto silicato mesoporoso, objeto da presente patente de invenção, compreende um processo de síntese sol-gel com direcionadores de estrutura orgânico para servir como molde para o crescimento orientado do material policristalino.
[036] Em uma primeira etapa, é preparada uma solução de cristalização, sob agitação constante, que inclui uma primeira formulação que compreende entre 65,0 a 70,0% de água deionizada, entre 13,0 a 15,5% de uma fonte de silício, preferencialmente selecionada Ludox HS-30, entre 7,0 a 8,8% de um agente direcionador da estrutura selecionado dentre brometo de 6,10-dimetil-5- azoniaspiro 4.5] decano e derivados da 2,6 dimetilpiperidina, entre 0,5 a 2,0% de um agente alcalino, tal como NaOH e entre 3,0 a 5,0% de um agente estabilizante selecionado dentre um sal inorgânico.
[037] Uma segunda formulação compreende entre 65,0 a 72,0% de água deionizada e entre 28,0 a 35,0% de uma fonte de cobalto selecionado dentre um sal inorgânico de cobalto, como cloretos, nitratos.
[038] Em seguida, é misturada a segunda solução na primeira solução, sendo formado um gel homogêneo. A mistura é mantida sob agitação constante por uma hora com pH de 13,0.
[039] O gel obtido na etapa anterior é depositado em um reator hidrotermal e mantido em uma estufa por 7 dias a 180°C. Findo este período, são obtidas uma fase sólida e uma fase líquida.
[040] A fase sólida é separada por filtração e lavada com água deionizada, e seca em estufa a 60°C por 12 horas, sendo obtido um sólido de cor rósea.
[041] Para ser retirada a molécula orgânica que impregna o sólido, é realizado um tratamento térmico que consiste em uma calcinação em uma mufla, seguindo a seguinte rampa de temperatura: 30min de 25- 100°C; mais 30min de 100-200°C; mais 30min de 200 a 300°C, em seguida mais 30min de 300-400°C e outros 30min de 400-500°C. A amostra foi mantida então por mais 3 horas a 500°C e em seguida resfriada naturalmente até a temperatura ambiente.
[042] O material calcinado apresenta a cor roxa escura e mantém a sua estrutura cristalina.
[043] Caracterização físico-química da estrutura, morfologia e composição química do cobalto silicato mesoporoso, obtido através do processo de síntese anteriormente descrito:
[044] As análises de Difração de Raios-X (DRX) foram realizadas em Difratômetro Rigaku Miniflex II operando em 30kV e 15 mA, utilizando filtro de níquel e radiação CuKα(λ = 1,5418 Å). Os padrões de difração foram obtidos utilizando-se uma faixa de 2θ de 3° a 80° com o goniômetro a uma taxa de 2° (2θ) min-1.
[045] Conforme apresentado na figura 1, o difratograma apresenta seis picos de difração significativos, correspondendo a uma célula unitária calculada de parâmetros A = B = 10,39Å e C = 12,21Å; com ângulos α = β = γ = 90° apresentando simetria tetragonal, com volume de 1317,4 Å 3 . As distâncias interplanares foram calculadas em 3,79; 3,28; 2,32; 1,90; 1,47 e 1,34Å.
[046] As análises de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS) utilizaram um microscópio eletrônico de varredura modelo Magellan 400L, com feixe de elétrons submetidos a uma tensão de 2kV. Nas imagens é possível observar uma morfologia constituída de um emaranhado de estruturas em forma de linhas, que se parecem com uma estrutura de corais, apresentando poros e cavidades, conforme apresentado nas figuras 2A, 2B e 2C.
[047] Conforme apresentado na figura 3, o espectro de EDS coletado juntamente com as imagens de micrografia, evidencia os elementos que compõem a superfície do cobalto silicato mesoporoso, tendo em vista os ingredientes do gel de síntese (Si, Co, K e Na). Na superfície do material não são verificados sinais do carbono do direcionador de estrutura, indicando que se ele ainda está presente só poderia ser no interior da estrutura. A porcentagem atômica de Silício na superfície foi de 23,7% enquanto que a de Cobalto foi de 9,9%, o que fornece uma relação Si/Co de aproximadamente 2,4; que concorda com os resultados obtidos pela análise de ICP-OES.
[048] As análises de Microscopia de Transmissão Eletrônica de Alta Resolução (HTEM) utilizam um microscópio de transmissão modelo FEI TECNAI G2 F20 HRTEM, com elétrons submetidos a 200 keV e corrente de 1nA.
[049] Conforme apresentado na figura 4, não foi possível identificar regiões com alta concentração de cobalto, o que indica que o cobalto presente compõe a estrutura do material e não está depositado em pontos específicos. Pode ser notado na figura os planos atômicos que compõem parte da estrutura cristalina identificada na micrografia.
[050] As análises de espectrometria de infravermelho foram realizadas em Espectrômetro Shimadzu IRTracer-10), com as amostras analisadas com 32 scans com capacidade de resolução de 2 cm-1 entre os comprimentos de onda de 400 cm-1 a 4000 cm-1 , usando a técnica de pellet de KBr.
[051] A análise química elementar para o Silício (Si), Cobalto (Co), Sódio (Na) e Potássio (K) foi determinada por Espectroscopia de Emissão Óptica de Plasma Acoplado Indutivamente usando um Spectro ICP-OES modelo Arcos, com digestão de amostras feita por fluorização e fusão alcalina com tetraborato de lítio, seguida de dissolução com ácido nítrico, utilizando aproximadamente 75mg de material para cada amostra.
[052] Na figura 5 estão apresentados dois espectros de transmissão no infravermelho para as amostras de cobalto silicato mesoporoso submetidas à análise antes do processo de tratamento térmico (linha preta) e depois da retirada do direcionador orgânico pela calcinação (linha vermelha). Os resultados mostram que há uma faixa de banda na região de 2800-3000 cm-1 que desaparece após a calcinação, podendo estar associada à presença dos grupos amina do direcionador orgânico, retirado após o processo térmico. A banda em torno de 3400 cm-1 está associada aos grupos O-H ainda presentes na estrutura do material, como moléculas de água intra estrutural, mesmo após o tratamento térmico. A faixa entre 1400-1800 cm-1 pode ser associada aos estiramentos das ligações C-C presentes no direcionador orgânico, no espectro do cobalto silicato mesoporoso antes da calcinação; após o tratamento térmico, há uma diminuição e deslocamento dessas bandas. A banda em torno de 1600 cm-1 é associada a moléculas de água intra estrutural, presente nos dois espectros. A faixa em torno de 1000 cm-1 corresponde aos estiramentos assimétricos das ligações SiO e a região entre 600-800 cm-1 aos estiramentos assimétricos envolvendo Si-O e Co-O. A banda em 450 cm-1 corresponde às vibrações de dobramento dos Si-O nos tetraedros de SiO4.
[053] A análise térmica por Termogravimetria (TGA) foi realizada utilizando uma termo balança modelo sTA i 1500 - isi; na faixa de temperatura de 25 a 1000°C. As análises de BET foram realizadas a - 196°C em um analisador de adsorção Micromeritics modelo ASAP 2020; para isso, aproximadamente 0,2g de amostra foi submetida ao fluxo de gás a 150°C por 24h e em seguida analisadas pelo método de BET. O volume total de poro foi calculado com base na quantidade de N2 adsorvido.
[054] Conforme apresentado na figura 6, à medida em que aumenta a temperatura, o cobalto silicato mesoporoso passa por quatro grandes perdas de massa: a primeira na faixa de aproximadamente 83°- 200°C, em que há a perda de moléculas de água da parte externa da estrutura cristalina do material; em seguida, de 300°- 530°C há a perda de 20,21% em massa devido à completa perda das moléculas orgânicas do direcionador de estrutura; seguidas de mais duas perdas de massa, em 650°C e 800°C, provavelmente associadas à perda de água estrutural, seguidas pelo colapso da estrutura em aproximadamente 900°C. Este comportamento evidencia que o processo para retirada do direcionador a 500°C é eficaz, não danificando a estrutura cristalina do sólido. Além disso, os resultados mostram que o cobalto silicato mesoporoso apresenta uma estrutura capaz de suportar altas temperaturas, da ordem de 700°C sem colapsar.
[055] Os dados de análise da área de superfície por isotermas Brunauer, Emmett e Taller (BET) do cobalto silicato mesoporoso, apresentados na figura 7, mostram que a área de superfície é de 27,9 m2g -1 , enquanto que o tamanho médio calculado dos poros do material é de 169Å, o que indica um comportamento mesoporoso. O volume total de poro calculado a partir da quantidade de N2 adsorvido foi de 0,1184 cm3g -1 .
[056] A análise química quantitativa do cobalto silicato mesoporoso foi realizada por Espectrometria de Emissão Óptica por Plasma Acoplado Indutivamente (ICP-OES) e os resultados são apresentados na Tabela 1. A partir da porcentagem elementar em massa, foi possível calcular as proporções entre os elementos e as proporções na composição molar do material foi obtida como 1,0 K: 2,5 Na : 3,7 Co : 8,1 Si : 23,8 O.
[057] Tabela 1: Composição química percentual em massa do cobalto silicato mesoporoso
Figure img0001

Claims (2)

  1. PROCESSO DE OBTENÇÃO DE COBALTO SILICATO MESOPOROSO caracterizado por compreender as etapas: a) preparo da uma solução de cristalização, sob agitação constante, que inclui: a.1) uma primeira formulação que compreende entre 65,0 a 70,0% de água deionizada, entre 13,0 a 15,5% de uma fonte de silício, entre 7,0 a 8,8% de um agente direcionador da estrutura, entre 0,5 a 2,0% de um agente alcalino e entre 3,0 a 5,0% de um agente estabilizante selecionado dentre um sal inorgânico; a.2) uma segunda formulação que compreende entre 65,0 a 72,0% de água deionizada e entre 28,0 a 35,0% de uma fonte de cobalto; b) mistura da primeira e da segunda formulação, com a mistura final mantida sob agitação constante por uma hora, com pH de 13,0; c) mistura depositada em um reator hidrotermal e mantida em uma estufa por 7 dias a 180°C; d) separação por filtração e lavagem da fase sólida, seguida de secagem em estufa a 60°C por 12 horas; e) fase sólida submetida à calcinação, seguindo a seguinte rampa de temperatura: 30min de 25-100°C; mais 30min de 100-200°C; mais 30min de 200 a 300°C, em seguida mais 30min de 300- 400°C e outros 30min de 400-500°C; f) fase sólida resfriada até a temperatura ambiente.
  2. PRODUTO OBTIDO a partir do processo descrito em 1, caracterizado por apresentar composição molar 1,0 K: 2,5 Na : 3,7 Co : 8,1 Si : 23,8 O.
BR102018016042-7A 2018-08-06 2018-08-06 Processo de obtenção de cobalto silicato mesoporoso e produto obtido BR102018016042B1 (pt)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BR102018016042-7A BR102018016042B1 (pt) 2018-08-06 2018-08-06 Processo de obtenção de cobalto silicato mesoporoso e produto obtido

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BR102018016042-7A BR102018016042B1 (pt) 2018-08-06 2018-08-06 Processo de obtenção de cobalto silicato mesoporoso e produto obtido

Publications (2)

Publication Number Publication Date
BR102018016042A2 true BR102018016042A2 (pt) 2023-08-22
BR102018016042B1 BR102018016042B1 (pt) 2024-03-12

Family

ID=90623448

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
BR102018016042-7A BR102018016042B1 (pt) 2018-08-06 2018-08-06 Processo de obtenção de cobalto silicato mesoporoso e produto obtido

Country Status (1)

Country Link
BR (1) BR102018016042B1 (pt)

Also Published As

Publication number Publication date
BR102018016042B1 (pt) 2024-03-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6392860B2 (ja) モレキュラーシーブ、その製造及びその使用
Karimi et al. Studies of the effect of synthesis parameters on ZSM-5 nanocrystalline material during template-hydrothermal synthesis in the presence of chelating agent
Yu et al. A simple template‐free strategy to synthesize nanoporous manganese and nickel oxides with narrow pore size distribution, and their electrochemical properties
US5795559A (en) Porous inorganic oxide materials prepared by non-ionic surfactant templating route
Pan et al. Organic template-free synthesis of ZSM-5 zeolite from coal-series kaolinite
US10662068B2 (en) Small crystal ZSM-5, its synthesis and use
Gu et al. Unseeded organotemplate-free hydrothermal synthesis of heteroatomic MFI zeolite poly-nanocrystallites
Sharma et al. Synthesis and morphological studies of nanocrystalline MOR type zeolite material
JP7360456B2 (ja) ゼオライトの合成及び指向剤
Li et al. Template-free synthesis of kaolin-based mesoporous silica with improved specific surface area by a novel approach
CN107032367B (zh) 一种利用原位碳化模板合成有序介孔zsm-5的方法
WO2014099261A1 (en) Synthesis of zsm-5
JP2011502939A (ja) Im−18結晶固体およびその調製方法
Lin et al. Temperature and time controlled crystallization in Na2O–SiO2–TiO2–H2O system
JP6525958B2 (ja) モレキュラーシーブ、cok−5、その合成及び使用
BR102018016042A2 (pt) Processo de obtenção de cobalto silicato mesoporoso e produto obtido
CN113636570A (zh) 纳米lev分子筛的制备方法
BR102019001854A2 (pt) Processo de obtenção de cobalto silicato mesoporoso e produto obtido
Shah et al. Synthesis and characterization of isomorphously zirconium substituted Mobil Five (MFI) zeolite
MXPA01004163A (es) Oxido acido con caracteristicas micro y mesoporosas: itq-36.
Lin et al. Tetraalkylammonium hydroxide-assisted ionothermal synthesis and characterization of LTA-type aluminophosphate zeotypes with high structural stability after detemplation and hydration
WO2008033230A2 (en) A method of making porous crystalline materials
Chaves et al. Vanadosilicate with MWW zeolite structure synthesized from VCl3 by cooperative assembly of organic templates
Cool et al. Novel strategies towards mesoporous titania and titania-silicate composites
CN117957195A (zh) 使用双吡啶鎓结构导向剂的沸石合成

Legal Events

Date Code Title Description
B12F Other appeals [chapter 12.6 patent gazette]
B150 Others concerning applications: publication cancelled [chapter 15.30 patent gazette]

Free format text: ANULADA A PUBLICACAO CODIGO 15.21 NA RPI NO 2504 DE 02/01/2019 POR TER SIDO INDEVIDA.

B03A Publication of a patent application or of a certificate of addition of invention [chapter 3.1 patent gazette]
B09A Decision: intention to grant [chapter 9.1 patent gazette]
B16A Patent or certificate of addition of invention granted [chapter 16.1 patent gazette]

Free format text: PRAZO DE VALIDADE: 20 (VINTE) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 06/08/2018, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS