ES2275415B1 - Carbon de caracter acido, su procedimiento de preparacion y su uso como catalizador en procesos de conversion catalitica de compuestos organicos. - Google Patents
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Abstract
Carbón de carácter ácido, su procedimiento de preparación y su uso como catalizador en procesos de conversión catalítica de compuestos orgánicos. Un nuevo carbón, útil en procesos de conversión catalítica de compuestos orgánicos como por ejemplo la acilación de alcoholes (esterificación) y la apertura de epóxidos. Presenta un contenido en azufre superior al material del cual se obtiene. Puede obtenerse mediante un proceso que implica el uso de ácido sulfúrico.
Description
Carbón de carácter ácido, su procedimiento de
preparación y su uso como catalizador en procesos de conversión
catalítica de compuestos orgánicos.
La presente invención pertenece al sector de los
materiales carbonosos, particularmente a carbones químicamente
modificados.
Los carbones activados son materiales carbonosos
formados principalmente por el elemento carbono, aunque en su
composición intervengan también el hidrógeno, oxígeno y con menor
frecuencia nitrógeno, azufre y otros. Son materiales amorfos, sin
estructura cristalina. Se caracterizan por ser materiales porosos,
con poros de anchura muy diversa y que se clasifican, en función de
este factor en microporos (0.2 a 5 nanómetros de diámetro),
mesoporos (5 a 20 nanómetros de diámetro) y macroporos (diámetro
medio mayor de 20 nanómetros). La cantidad de cada uno de éstos
puede variar en función del material de partida y la forma de
preparación. La existencia de estos poros en gran número es lo que
caracteriza a los carbones activados frente a carbones no
activados. Debido a este hecho presentan una superficie interna muy
elevada, que combinada con la dimensión del tamaño de una molécula
de los poros más estrechos les permite adsorber gran cantidad de
moléculas. Además, dado que las interacciones entre la superficie
del carbón activado y las moléculas adsorbidas son principalmente
de tipo no específicas, se le puede considerar un adsorbente de tipo
universal.
Gracias a esta capacidad de adsorción, los
carbones activados se han utilizado tradicionalmente en el campo de
la catálisis como soportes de catalizadores. Es decir, para adsorber
catalizadores actuando como soporte físico inerte en el proceso.
Pero es posible también modificar la estructura química de los
diversos materiales carbonosos con objeto de cambiar algunas de sus
propiedades. Entre ellas, el carácter ácido o básico del material,
lo que en algunos casos, le permite actuar como catalizador. Esta
modificación puede realizarse sobre un número elevado de materiales
carbonosos, como carbones minerales, carbones vegetales, fibras de
carbonos, carbones activados, etc.
La presente invención se refiere a un material
carbonoso de carácter ácido. Su composición está basada
principalmente en el elemento carbono que es el mayoritario (más de
un 40% en peso). Además contiene cantidades variables de hidrógeno,
azufre (de 0.5 a 15% en peso) y oxígeno (al menos un 150% en peso o
300% en átomos del contenido de azufre).
La presente invención también se refiere a un
procedimiento para obtener el material objeto de la invención. Este
material puede prepararse a partir de un material carbonoso de
carácter ácido, básico o neutro. El procedimiento de preparación
consta de las siguientes etapas:
En una primera etapa se trata este material de
partida con una disolución de ácido sulfúrico de concentración
superior al 10% en las siguientes condiciones:
- con o sin agitación, pero evitando que el
sólido quede en la superficie de la disolución sin mezclarse con
ella.
- a temperatura que varía entre los 0ºC y 150ºC,
preferentemente a temperaturas cercanas a la
ambiente.
ambiente.
- durante periodos de tiempo que oscilan entre
los 5 minutos y las 24 horas, preferentemente entre 30 y 90
minutos.
- con una cantidad de disolución de ácido
sulfúrico que oscila entre 0.1 y 100 mililitros por cada gramo del
precursor, preferentemente, entre 5 y 20 mililitros.
En una segunda etapa se filtra el sólido
resultante para eliminar el exceso de la disolución de ácido
sulfúrico. Se obtiene así un sólido de color negro, impregnado de
ácido sulfúrico, puro o en disolución, además de subproductos
resultado de las reacciones que tienen lugar. Se lava,
preferentemente con agua destilada sobre el filtro.
En una tercera etapa se realiza un lavado más
intenso, también preferentemente con agua destilada. Bien haciendo
pasar agua continuamente a través del material o bien mezclando éste
con el líquido de lavado (preferentemente con agitación) y
cambiando éste cada cierto tiempo. Esta etapa termina cuando la
cantidad de sulfatos que se detecta en el agua de lavado tenga el
nivel deseado. Preferiblemente, hasta ausencia de los mismos.
En una cuarta etapa se seca el material para
eliminar el líquido de lavado. Este proceso habrá de adaptarse al
líquido utilizado, pero preferentemente se realizará en estufa a
temperaturas por debajo de 300ºC.
A continuación se describirán algunos ejemplos
de realización de la invención.
En este ejemplo se describe la preparación del
catalizador. 5 g de un carbón activado microporoso se añaden a 50
ml de ácido sulfúrico comercial al 98%. Se agitan vigorosamente a
temperatura ambiente durante 90 minutos. Seguidamente se filtra a
vacío sobre placa de vidrio para eliminar el exceso de ácido
sulfúrico. Se lava sobre el filtro con dos porciones de 50 ml de
agua destilada. El catalizador así obtenido se lava con agua
destilada (250 ml) durante dos horas, agitando. Se elimina el
líquido de lavado por filtración y se vuelve a repetir el proceso
hasta que el agua de lavado demuestra estar exenta de sulfatos.
5 g de un carbón vegetal no activado se añaden
sobre 25 ml de ácido sulfúrico comercial al 98%. Se agita
vigorosamente a 80ºC durante 30 minutos. Se filtra a vacío sobre
placa de vidrio para eliminar el exceso de ácido sulfúrico. Se lava
sobre el filtro con dos porciones de 50 ml de agua destilada. En el
mismo filtro se hace pasar por gravedad una corriente de agua
destilada hasta que el agua de lavado demuestra estar exenta de
sulfatos.
Al ser un catalizador sólido su modo de
aplicación es el típico de la catálisis heterogénea. En caso de
realizar las reacciones catalizadas en fase líquida, basta con
mezclar el catalizador con los productos de reacción. Esto puede
realizarse bien de forma discontinua, filtrando el catalizador al
terminar la reacción para separarlo y volverlo a emplear o bien de
forma continua, haciendo pasar una corriente de los reactivos por un
lecho inmovilizado del catalizador, renovando éste cuando se
considere que ha perdido su actividad.
En las reacciones en fase gaseosa es
recomendable realizar la reacción haciendo pasar una corriente
gaseosa de los reactivos por un lecho inmovilizado del
catalizador.
Claims (7)
1. Un material carbonoso de carácter ácido
caracterizado por poseer más de un 40% en peso de carbono,
entre un 0.5 y un 15% en peso de azufre, oxígeno en una cantidad que
sea al menos un 150% en peso del contenido de azufre y cantidades
variables de hidrógeno, nitrógeno u otros elementos minoritarios. El
contenido en azufre ha de ser superior al del material de
partida.
2. Un procedimiento de obtención para sintetizar
el material carbonoso de la reivindicación 1 caracterizado
porque comprende:
- 1º.
- Una primera etapa en la que se trata un material carbonoso con una disolución de ácido sulfúrico de concentración superior al 10% en las siguientes condiciones:
- -
- con o sin agitación, pero evitando que el sólido quede en la superficie de la disolución sin mezclarse con ella.
- -
- a temperatura que varia entre los 0ºC y 150ºC, preferentemente a temperaturas cercanas a la ambiente.
- -
- durante periodos de tiempo que oscilan entre los 5 minutos y las 24 horas, preferentemente entre 30 y 90 minutos.
- -
- con una cantidad de disolución de ácido sulfúrico que oscila entre 0.1 y 100 mililitros por cada gramo del precursor, preferentemente, entre 5 y 20 mililitros.
- 2º.
- Una segunda etapa en la que se filtra el sólido resultante para eliminar el exceso de la disolución de ácido sulfúrico y posteriormente se realiza un lavado par eliminar los productos impregnados en la superficie de las partículas del cataliza- dor.
- 3º.
- Una tercera etapa en la que se realiza un lavado más intenso, preferentemente con agua destilada. Esta etapa se realizará bien haciendo pasar el líquido de lavado continuamente a través del material o bien mezclando éste con el líquido de lavado (preferentemente con agitación) y cambiando éste cada cierto tiempo. Esta etapa termina cuando la cantidad de sulfatos que se detecta en el agua de lavado tenga el nivel deseado. Preferiblemente, hasta ausencia de los mismos.
- 4º.
- Una cuarta etapa en la que se seca el material para eliminar el líquido de lavado.
3. Uso del material carbonoso ácido definido en
la reivindicación 1 como catalizador en procesos de conversión
catalítica de compuestos orgánicos.
4. Uso según la reivindicación 3, en la
acilación de alcoholes.
5. Uso según la reivindicación 3, en la
acilación de tioles.
6. Uso según la reivindicación 3, en la
acilación de aminas.
7. Uso según la reivindicación 3, en la reacción
de apertura de epóxidos.
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