Procedimiento de preparación de óxidos mixtos porosos, materiales así obtenidos y sus usos.Procedure for preparing porous mixed oxides, materials thus obtained and their uses.
Campo de la técnicaTechnical field
• Compuestos que tienen propiedades de tamices moleculares.• Compounds that have molecular sieve properties.
• Preparación de óxidos mixtos • Preparación de zeolitas sintéticas• Preparation of mixed oxides • Preparation of synthetic zeolites
• Preparación de sílice, alúmina, aluminosilicatos y compuestos tipo A1PO o SAPO, con o sin elementos dopantes, utilizando agentes orgánicos con efecto plantilla• Preparation of silica, alumina, aluminosilicates and compounds type A1PO or SAPO, with or without doping elements, using organic agents with template effect
• Preparación de productos mesoporosos • Preparación de catalizadores de oxidación• Preparation of mesoporous products • Preparation of oxidation catalysts
• Utilización de estos productos como catalizadores• Use of these products as catalysts
IntroducciónIntroduction
Se conoce una amplia variedad de silicatos metálicos cristalinos, microporosos o mesoporosos, compuestos de dióxido de silicio y/o uno o más óxidos de metales. De acuerdo con la definición de la IUPAC, se entiende por microporos los poros de diámetro inferior a 2 nm y por mesoporos los poros de diámetro comprendido entre 2 y 50 nm. En lo que sigue, aplicaremos esta definición. Algunos silicatos metálicos cristalinos con microporos o mesoporos regulares son catalizadores extremadamente eficaces en una amplia gama de aplicaciones químicas. En particular, los materiales microporosos de composición (SiO^ (AmOn) x/m (en los que átomos de un metal, como titanio, aluminio o vanadio, reemplazan algunos de los átomos de sñicio en el retículo) han adquirido una enorme importanciaA wide variety of crystalline, microporous or mesoporous metal silicates, silicon dioxide compounds and / or one or more metal oxides is known. According to the definition of the IUPAC, micropores means pores with a diameter of less than 2 nm and mesopores with pores with a diameter between 2 and 50 nm. In what follows, we will apply this definition. Some crystalline metal silicates with micropores or regular mesopores are extremely effective catalysts in a wide range of chemical applications. In particular, the microporous materials of composition (SiO ^ (A m O n ) x / m (in which atoms of a metal, such as titanium, aluminum or vanadium, replace some of the silicon atoms in the reticulum) have acquired a enormous importance
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industrial como tamices moleculares, catalizadores o intercambiadores iónicos. Los silicotitanatos, en particular, son comercialmente útiles en reacciones de oxidación. Las estructuras de los silicotitanatos difieren entre sí, dependiendo de los reactivos de partida y de las condiciones preparativas, y, en general, la reproducibilidad y el control del dopaje son problemáticos. Así, por ejemplo, las denominadas silicalita de titanio-1 (TS-1), silicalita de titanio-2 (TS-2) y la beta-zeolita de titanio (Ti-beta) poseen, respectivamente, las estructuras MFI, MEL (Pat. US No. 4,410,501) y BEA. Los tipos estructurales de zeolitas y silicalitas conocidos se describen en el Atlas of Zeolite Structure Types, de W. M. Meier y D. H. Holson, Editado por Butterworth-Heinemann en 1993.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) industrial as molecular sieves, catalysts or ion exchangers. Siliconotanates, in particular, are commercially useful in oxidation reactions. The structures of silicotitates differ from one another, depending on the starting reagents and the preparative conditions, and, in general, reproducibility and doping control are problematic. Thus, for example, the so-called titanium silicalite-1 (TS-1), titanium silicalite-2 (TS-2) and titanium beta-zeolite (Ti-beta), respectively, have the MFI, MEL ( Pat. US No. 4,410,501) and BEA. The known structural types of zeolites and silicalites are described in the Atlas of Zeolite Structure Types, by WM Meier and DH Holson, Edited by Butterworth-Heinemann in 1993.
Los materiales de sílice mesoporosa en los que el titanio sustituye al silicio tienen un elevado interés, tanto desde el punto de vista académico como por los aspectos comerciales debido a su extraordinario potencial como catalizadores de oxidación. La incorporación de titanio en un retículo de silicato da lugar a centros aislados de Ti susceptibles de modificar con facilidad su coordinación y, en contacto con H202 o TBPH (hidroperóxido de terbutilo), formar un complejo activo titanio-peroxo. Dicho peroxocomplejo es responsable de inducir las muy notables selectividades observadas en reacciones de oxidación de compuestos orgánicos. Por otra parte, se sabe que la eficacia catalítica de cada tipo de silicato metálico depende mucho de su pureza como fase, de su morfología y, por ello, de las condiciones de preparación. Por ejemplo, la actividad catalítica de la silicalita de titanio disminuye mucho con el aumento del tamaño cristalino y en presencia de otras fases de titanio, como Ti02; ver por ejemplo los trabajos de B. Notari en (a) Catal. Today 18 (1993) pag 163 y (b) Stud. Surf. Sci.CataL, 67 (1991), pag 243. La indeseable contaminación por Ti02 Mesoporous silica materials in which titanium replaces silicon have a high interest, both academically and commercially because of its extraordinary potential as oxidation catalysts. The incorporation of titanium in a silicate lattice gives rise to isolated Ti centers that can easily modify their coordination and, in contact with H 2 0 2 or TBPH (terbutyl hydroperoxide), form an active titanium-peroxo complex. Said peroxocomplex is responsible for inducing the very remarkable selectivities observed in oxidation reactions of organic compounds. On the other hand, it is known that the catalytic efficacy of each type of metallic silicate depends greatly on its purity as a phase, on its morphology and, therefore, on the preparation conditions. For example, the catalytic activity of titanium silicalite decreases greatly with the increase in crystalline size and in the presence of other titanium phases, such as Ti0 2 ; see for example the works of B. Notari in (a) Catal. Today 18 (1993) page 163 and (b) Stud. Surf. Sci.CataL, 67 (1991), page 243. Undesirable contamination by Ti0 2
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depende críticamente del procedimiento preparativo y constituye uno de los problemas clave en la preparación de silicotitanatos mesoporosos de interés catalítico.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) It depends critically on the preparative procedure and constitutes one of the key problems in the preparation of mesoporous silicotitates of catalytic interest.
La problemática de sustitución del silicio reticular por otros elementos es general y el interés por resolverla se manifiesta en la gran cantidad de publicaciones científicas y técnicas dedicada a la preparativa de este tipo de materiales.The problem of replacing reticular silicon with other elements is general and the interest in solving it is manifested in the large number of scientific and technical publications dedicated to the preparation of this type of materials.
En general, el interés que ha suscitado en la comunidad científica durante las últimas décadas el estudio de sólidos de alta superficie, microporosos cristalinos de tipo zeolita, mesoporosos ordenados o simplemente amorfos, es debido a las numerosas aplicaciones que presentan en el ámbito industrial como sorbentes, tamices moleculares y en un gran número de procesos catalíticos, muchos de ellos asociados a la industria petroquímica [J. M. Thomas, Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 33 (1994), pág 913; J. M. Thomas y W. J. Thomas en Principies and Practice of Heterogeneous Catalysis, VCH Publishers Inc., 1996]. La mayor parte de estos sólidos están constituidos por óxido de silicio, puro o parcialmente substituido, o por mezclas de óxidos. La incorporación de elementos que reemplazan, isomorfamente o no, al silicio en la red de sñice (que llamaremos heteroátomos) constituye una estrategia que se ha empleado habitualmente tanto en sólidos amorfos no porosos como en compuestos porosos, micro y mesoporosos, con el fin de proporcionar funcionalidad a la superficie de la sílice. Además del titanio, ya comentado previamente, otros elementos de transición como vanadio, zirconio etc. han sido incorporados en las matrices de sílice por el interés de estos sólidos sustituidos en reacciones de oxidación catalítica [J. Y. Ying, C. P. Mehnert, M. S. Wong Λngew. Chem. Int. Ed. Engl. 38 (1999), pág 56]. Otros elementos, como por ejemplo aluminio, molibdeno y estaño tambiénIn general, the interest that the study of high surface solids, microporous zeolite crystals, ordered mesoporous or simply amorphous, has aroused in the scientific community during the last decades is due to the numerous applications they present in the industrial field as sorbents , molecular sieves and in a large number of catalytic processes, many of them associated with the petrochemical industry [J. M. Thomas, Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 33 (1994), p. 913; J. M. Thomas and W. J. Thomas in Principies and Practice of Heterogeneous Catalysis, VCH Publishers Inc., 1996]. Most of these solids consist of silicon oxide, pure or partially substituted, or mixtures of oxides. The incorporation of elements that replace, isomorphically or not, silicon in the network of sñice (which we will call heteroatoms) constitutes a strategy that has been commonly used both in non-porous amorphous solids and in porous, micro and mesoporous compounds, in order to provide functionality to the silica surface. In addition to titanium, as previously mentioned, other transition elements such as vanadium, zirconium etc. have been incorporated into silica matrices for the interest of these substituted solids in catalytic oxidation reactions [J. Y. Ying, C. P. Mehnert, M. S. Wong Λngew. Chem. Int. Ed. Engl. 38 (1999), page 56]. Other elements, such as aluminum, molybdenum and tin as well
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han sido sustituidos en matrices de sílice proporcionando actividad catalítica en procesos ácido-base, de hidroxilación y polimerización, respectivamente [J. Y. Ying, C. P. Mehnert, M. S. Wong Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 38 (1999), pág 56]. No obstante, a pesar del enorme interés industrial de estos sólidos, la incorporación de diversos elementos en la red de sílice presenta todavía graves problemas preparativos debido a la diferencia marcada de reactividad entre el silicio y estos elementos. El resultado es una clara falta de uniformidad en la química preparativa, especialmente acusada en el caso de las zeolitas [Microporous and Mesoporous Materials, Special Issue: Verified Syntheses of Zeolitic Materials 22 (1998)] y también en el de los sólidos mesoporosos. En este contexto un procedimiento racional, reproducible y general que garantice una mezcla íntima de los elementos formadores de óxidos (por ejemplo el silicio y los heteroátomos) a escala atómica supone un progreso importante y tiene por sí mismo un enorme interés industrial. Estado de la técnicaSUBSTITUTE SHEET (RULE 26) they have been substituted in silica matrices providing catalytic activity in acid-base, hydroxylation and polymerization processes, respectively [JY Ying, CP Mehnert, MS Wong Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 38 (1999), page 56]. However, despite the enormous industrial interest of these solids, the incorporation of various elements in the silica network still presents serious preparatory problems due to the marked difference in reactivity between silicon and these elements. The result is a clear lack of uniformity in preparative chemistry, especially in the case of zeolites [Microporous and Mesoporous Materials, Special Issue: Verified Syntheses of Zeolitic Materials 22 (1998)] and also in that of mesoporous solids. In this context, a rational, reproducible and general procedure that guarantees an intimate mixture of the oxide-forming elements (for example silicon and heteroatoms) at an atomic scale represents an important progress and has an enormous industrial interest in itself. State of the art
Las zeolitas son los materiales microporosos cristalinos de referencia, sus estructuras están descritas en el Atlas of Zeolite Structural Types, editado por W. M. Meier y D. H. Olson, publicado en por the Structure Comisión of the International zeolite Assotiation, editorial Butterworth-Heinemann 1993.Zeolites are the crystalline microporous reference materials, their structures are described in the Atlas of Zeolite Structural Types, edited by W. M. Meier and D. H. Olson, published in by the Structure Commission of the International zeolite Assotiation, Butterworth-Heinemann 1993.
De los materiales mesoporosos regulares ordenados se conocen, entre otros, los MCM-41 y MCM-48 descritos por C. T. Kresge et al., en Nature, 359, (1992) pág. 710. S. Behrens presentó una revisión de las estructuras mesoporosas regulares en Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 108(5), (1996), pág 561-564. La topología de materiales mesoporosos similar a la que presentanOf the ordered regular mesoporous materials, among others, the MCM-41 and MCM-48 described by C. T. Kresge et al., In Nature, 359, (1992) p. 710. S. Behrens presented a review of the regular mesoporous structures in Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 108 (5), (1996), page 561-564. The topology of mesoporous materials similar to the one presented
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los MCM-41 (descrita originalmente en las patentes US No. 5,098,684; No. 5,102, 643; No. 5,108,725) se ha dado en llamar de "tipo hexagonal" y se asocia a diagramas característicos de difracción de rayos X. Tales diagramas presentan un pico muy intenso correspondiente a espaciados superiores a 1,8 nm y, frecuentemente, otros picos adicionales de baja intensidad que se asocian a las reflexiones 100, 110, 200 y 210 de una celda hexagonal. Los mencionados picos adicionales pueden aparecer poco definidos o superpuestos, lo que se asocia a una pérdida del empaquetamiento hexagonal perfecto en el que el número medio de canales vecinos a uno dado es ahora inferior a seis. El empaquetamiento tipo hexagonal se manifiesta claramente en las micrografías de TEM.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) MCM-41 (originally described in US patents No. 5,098,684; No. 5,102, 643; No. 5,108,725) has been called "hexagonal type" and is associated with characteristic X-ray diffraction diagrams. Such diagrams present a very intense peak corresponding to spacing greater than 1.8 nm and, frequently, other additional low intensity peaks that are associated with reflections 100, 110, 200 and 210 of a hexagonal cell. The mentioned additional peaks may appear poorly defined or superimposed, which is associated with a loss of the perfect hexagonal packing in which the average number of neighboring channels to a given one is now less than six. Hexagonal type packing is clearly manifested in TEM micrographs.
La problemática que plantea incorporación de heteroátomos en las sñices tanto amorfas como microporosas o mesoporosas ha sido recientemente revisada por A. Tuel en Microporous and Mesoporous Materials 27, (1999), pág. 151. Las cuestiones más relevantes en este contexto son: las dificultades en aumentar y controlar las cantidades de heteroátomo incorporadas, el control de la coordinación del heteroátomo en la sílice, la existencia de fases segregadas indeseadas y, por último, la dispersión metodológica de la química preparativa y la falta de reproducibilidad de los procedimientos. Los silicatos metálicos porosos en general, y los silicotitanatos porosos en particular, se preparan frecuentemente mediante síntesis hidrotérmica. En un primer paso, un compuesto del heteroátomo y uno de silicio, convencionalmente ortoalcoxocomplejos, reaccionan con agua a pH controlado y condensan en forma de gel en presencia de un agente con efecto plantilla, con frecuencia un haluro o hidróxido de un catión de amonio cuaternario. Posteriormente se hace cristalizar el gel bajo condiciones hidrotérmicas suaves, presión autógena y temperaturas inferiores a 200°C. ElThe problem posed by incorporation of heteroatoms in both amorphous and microporous or mesoporous meshes has recently been reviewed by A. Tuel in Microporous and Mesoporous Materials 27, (1999), p. 151. The most relevant issues in this context are: the difficulties in increasing and controlling the amounts of heteroatom incorporated, the control of the coordination of the heteroatom in silica, the existence of unwanted segregated phases and, finally, the methodological dispersion of the Preparatory chemistry and lack of reproducibility of procedures. Porous metal silicates in general, and porous silicotitates in particular, are frequently prepared by hydrothermal synthesis. In a first step, a compound of the heteroatom and one of silicon, conventionally orthoalcoxocomplexes, react with water at controlled pH and condense in the form of a gel in the presence of an agent with a template effect, often a halide or hydroxide of a quaternary ammonium cation . The gel is subsequently crystallized under mild hydrothermal conditions, autogenous pressure and temperatures below 200 ° C. The
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sólido así formado se separa por filtración, se lava, se seca y después se calcina a temperaturas superiores a 300°C. Se dice de un compuesto que posee efecto plantilla (se dice también efecto director estructural) cuando su presencia como reactivo está asociada a la formación de materiales con topología y simetría concreta, este concepto es muy usual en la química preparativa de zeolitas y otros materiales microporosos [M. E. Davis, R. Lobo en Chem. Mater. 4 (1992) pág 756] y ha sido extendido a la preparativa de materiales mesoporosos [J. Y. Ying, C. P. Mehnert, M. S. Wong Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 38 (1999), pág 56]. En adelante en este texto se utilizará indistintamente el calificativo de efecto plantilla o efecto director estructural para referirse al citado efecto de un compuesto en la topología y/o simetría concreta dé los productos de reacción. Compuestos químicos adecuados por su probado efecto director estructural son aminas con uno o varios grupos amino, aminoalcoholes o derivados tetrasustituídos de amonio. Los compuestos de tetraalquilamonio son muy adecuados en forma de hidróxido o de haluro; en este último caso el pH se regula adecuadamente con hidróxidos alcalinos. La naturaleza de los grupos alquilo en los citados compuestos de tetraalquilamonio influye en la naturaleza de la posible porosidad inducida por su efecto director estructural. Asi, por ejemplo, en la preparación de materiales microporosos (zeolitas) los compuestos de tetraalquilamonio en los que los grupos alquilos son de cadena corta, como etil, propil, butil o n-propil, son particularmente adecuados aunque en ocasiones es suficiente la presencia de hidróxidos alcalinos o alcalinotérreos. Por otra parte, para la preparación de los materiales mesoporosos se suelen utilizar derivados de tetraalquilamonio de cadena larga y con propiedades tensoactivas. En el caso de la sustitución de silicio por titanio, han sido descritos diversosSUBSTITUTE SHEET (RULE 26) solid thus formed is filtered off, washed, dried and then calcined at temperatures above 300 ° C. It is said of a compound that has a template effect (structural director effect is also said) when its presence as a reagent is associated with the formation of materials with concrete topology and symmetry, this concept is very common in the preparative chemistry of zeolites and other microporous materials [ME Davis, R. Lobo in Chem. Mater. 4 (1992) p. 756] and has been extended to the preparation of mesoporous materials [JY Ying, CP Mehnert, MS Wong Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 38 (1999), page 56]. Hereinafter, the qualification of the template effect or structural director effect will be used interchangeably to refer to the aforementioned effect of a compound in the specific topology and / or symmetry of the reaction products. Suitable chemical compounds for their proven structural directing effect are amines with one or more amino groups, amino alcohols or tetrasubstituted ammonium derivatives. Tetraalkylammonium compounds are very suitable in the form of hydroxide or halide; In the latter case, the pH is properly regulated with alkaline hydroxides. The nature of the alkyl groups in said tetraalkylammonium compounds influences the nature of the possible porosity induced by their structural directing effect. Thus, for example, in the preparation of microporous materials (zeolites) tetraalkylammonium compounds in which the alkyl groups are short chain, such as ethyl, propyl, butyl or n-propyl, are particularly suitable although the presence is sometimes sufficient of alkaline or alkaline earth hydroxides. On the other hand, for the preparation of mesoporous materials, long-chain tetraalkylammonium derivatives with tensioactive properties are usually used. In the case of the replacement of silicon with titanium, several have been described
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silicotitanatos mesoporosos y diversos caminos preparativos. La patente EP543247 propone una modificación de la metodología descrita que supone la sustitución del hidróxido de amonio cuaternario por una sal del mismo catión y la cantidad adecuada de hidróxido amónico. De acuerdo con la patente US 5,198,203, el hidróxido de cetiltrimetilamonio (CTAOH) puede ser utilizado como agente plantilla, en la preparación de Ti-MCM-41, un silicato de titanio mesoporoso con estructura tipo MCM-41. Diversas patentes posteriores reivindican la preparación de sílices porosas con contenidos significativos de titanio en el retículo. Así, la patente WO9429022 (patente US 5,783,167) reivindica la preparación de un silicotitanato mesoporoso con estructura tipo MCM-41, conteniendo un máximo del 10% en peso de Ti02, tras procesar geles procedentes de mezclas de componentes , en las que la relación molar Ti02/ Si02 máxima es de 0,2. El procedimiento se fundamenta en que la hidrólisis de parte de los componentes de silicio sea \. previa a la de las especies que aportan el titanio. La espectroscopia RD-UV indica que, al menos en los materiales sólidos porosos obtenidos a partir de disoluciones de contenidos molares relativos Ti02/Si02 de 0,17 y que contienen tras la calcinación un 2,3% de Ti02 en peso, el Ti (IV) se incorpora en la red en un entorno tetraédrico. Tales materiales se comportan como catalizadores de oxidación de compuestos orgánicos. Otra preparación de sílice mesoporosa con elevados contenidos en titanio se describe en la patente US 5,958,369. La relación molar Ti02/Si02 máxima en las disoluciones precursoras del gel es 0,27. En este caso, la preparación del gel se desarrolla en un medio no acuoso al que se adiciona agua como reactivo estequiométrico hidrolítico. Los materiales mesoporosos allí descritos, y reivindicados junto a su proceso de obtención, se denominan MTM y contienen una relación molar Ti02/Si02 mínima de 0,03 y máxima de 0,25.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) Mesoporous silicotitates and various preparative pathways. EP543247 proposes a modification of the described methodology that involves the replacement of quaternary ammonium hydroxide with a salt of the same cation and the appropriate amount of ammonium hydroxide. According to US Patent 5,198,203, cetyltrimethylammonium hydroxide (CTAOH) can be used as a template agent, in the preparation of Ti-MCM-41, a mesoporous titanium silicate with structure type MCM-41. Various subsequent patents claim the preparation of porous silicas with significant titanium contents in the lattice. Thus, WO9429022 (US Patent 5,783,167) claims the preparation of a mesoporous silicotitanate with structure type MCM-41, containing a maximum of 10% by weight of Ti0 2 , after processing gels from component mixtures, in which the ratio molar Ti0 2 / Si0 2 is 0.2 maximum. The process is based on the fact that the hydrolysis of part of the silicon components is \. prior to that of the species that contribute titanium. RD-UV spectroscopy indicates that, at least in the porous solid materials obtained from solutions of relative molar contents Ti0 2 / Si0 2 of 0.17 and containing 2.3% Ti0 2 by weight after calcination, Ti (IV) is incorporated into the network in a tetrahedral environment. Such materials behave as oxidation catalysts for organic compounds. Another preparation of mesoporous silica with high titanium contents is described in US Patent 5,958,369. The molar Ti0 2 / Si0 2 ratio maximum in the precursor solutions of the gel is 0.27. In this case, the gel preparation is carried out in a non-aqueous medium to which water is added as a stoichiometric hydrolytic reagent. Mesoporous materials there described and claimed together with its production process are called MTM and containing a molar ratio Ti0 2 / Si0 2 Minimum and maximum 0.03 0.25.
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Se indica que, al menos, los materiales con un contenido molar de Ti02 respecto al Si02 del 14,73% no contienen anatasa cristalina y que, calcinados en aire a 700°C, no muestran en su difractograma de rayos X picos adicionales al característico de un espaciado interplanar de 3,0 nm, propio del material mesoporoso. Una metodología preparativa alternativa y general para diversos heteroátomos es la que se presenta en la patente US 5,919,430 y se caracteriza por el uso de óxidos pirogénicos (simples, mixtos o mezclas) como fuente de silicio y otros metales en el proceso de preparación del gel. Las composiciones del gel están condicionadas por la de los óxidos mixtos pirogénicos, cuya formulación incluye la fracción molar (1-x) de Si02 y la fracción molar (x) de óxidos de elementos pertenecientes al conjunto B, Al, Ga, In, Ge, Sn, Pb o de los subgrupos 3 al 8 del sistema periódico; además, x es un número entre los valores 0,0001 y 0,25, preferiblemente entre 0,001 y 0,2, aunque especialmente entre 0,005 y 0,1. La mayor parte de los procedimientos descritos para la obtención de óxidos mesoporosos implican, en la práctica, la formación de materiales intermedios mesoestructurados. Estos pueden ser considerados como materiales compositos orgánico-inorgánicos con estructura similar a la de los cristales líquidos (los compositos, "composites" en inglés, son materiales constituidos por dos o más fases sólidas íntimamente ensambladas). En tales materiales compuestos la fase orgánica está fundamentalmente constituida por el componente orgánico con efecto plantilla que muy frecuentemente tiene propiedades tensoactivas. La formación de éstos materiales intermedios puede proceder por dos vías diferentes: bien a través del denominado mecanismo del efecto plantilla del cristal líquido (LCT, "liquid crystal templating mechanism") o bien mediante procesos que suponen la organización cooperativa (autoensamblaje) de las correspondientes porcionesSUBSTITUTE SHEET (RULE 26) It is indicated that, at least, the materials with a molar content of Ti0 2 with respect to Si0 2 of 14.73% do not contain crystalline anatase and that, calcined in air at 700 ° C, do not show in their X-ray diffractogram additional peaks to the characteristic of an interplanar spacing of 3.0 nm, typical of the mesoporous material. An alternative and general preparative methodology for various heteroatoms is that presented in US Patent 5,919,430 and is characterized by the use of pyrogenic oxides (simple, mixed or mixtures) as a source of silicon and other metals in the gel preparation process. The gel compositions are conditioned by that of mixed pyrogenic oxides, whose formulation includes the molar fraction (1-x) of Si0 2 and the molar fraction (x) of oxides of elements belonging to the set B, Al, Ga, In, Ge, Sn, Pb or subgroups 3 to 8 of the periodic system; in addition, x is a number between the values 0.0001 and 0.25, preferably between 0.001 and 0.2, but especially between 0.005 and 0.1. Most of the procedures described for obtaining mesoporous oxides involve, in practice, the formation of mesostructured intermediate materials. These can be considered as organic-inorganic composite materials with a structure similar to that of liquid crystals (composites, "composites" in English, are materials consisting of two or more intimately assembled solid phases). In such composite materials the organic phase is essentially constituted by the organic component with a template effect that very often has surface active properties. The formation of these intermediate materials can proceed in two different ways: either through the so-called liquid crystal templating mechanism (LCT) mechanism or through processes that involve the cooperative organization (self-assembly) of the corresponding portions
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supramoleculares orgánica e inorgánica. En el caso del mecanismo LCT, la fase inorgánica crece y ocupa el espacio intermicelar de una mesofase orgánica ordenada que se ha formado previamente y que podría concebirse así como una plantilla supramolecular. Los demás procedimientos están más relacionados con la química coloidal convencional: con independencia de cuáles puedan ser los detalles concretos de los correspondientes mecanismos, los procesos de autoensamblaje cooperativo implican la formación de micelas compuestas (inorgánico-orgánicas). Estas micelas compuestas son las que se organizan para formar núcleos de partículas que floculan después de una fase de crecimiento más o menos prolongada. La diferencia práctica esencial entre el mecanismo LCT y los basados en procesos de autoensamblaje cooperativo radica en la concentración del comopueto tensoactivo (surfactante) en el medio de reacción. Mientras que la formación de auténticos cristales líquidos (mecanismo LCT) requiere concentraciones de surfactante muy elevadas, los procesos de autoensamblaje cooperativo tienen lugar en presencia de concentraciones de surfactante próximas a los denominados valores críticos (eme). Aunque el método LCT supuso un extraordinario avance en este campo de actividad, los principales progresos en la síntesis de óxidos mesoporosos han derivado del desarrollo de la química en que se fundamentan los procesos de autoensamblaje cooperativo a bajas concentraciones de surfactante. Como se ha indicado, la química preparativa de sólidos mesoporosos ordenados está, en ese caso, estrechamente relacionada con la química coloidal; es decir, trata fundamentalmente con procesos que involucran micelas. No obstante, la química en disolución de los precursores inorgánicos (constituidos normalmente por un elemento metálico o metaloide rodeado por varios ligandos) es una herramienta esencial en la búsqueda de diseños racionales de síntesis. Esto puedeSUBSTITUTE SHEET (RULE 26) Organic and inorganic supramolecular. In the case of the LCT mechanism, the inorganic phase grows and occupies the intermicelar space of an ordered organic mesophase that has been previously formed and could thus be conceived as a supramolecular template. The other procedures are more related to conventional colloidal chemistry: regardless of the specific details of the corresponding mechanisms, cooperative self-assembly processes involve the formation of compound micelles (inorganic-organic). These compound micelles are those that are organized to form nuclei of particles that flocculate after a more or less prolonged growth phase. The essential practical difference between the LCT mechanism and those based on cooperative self-assembly processes lies in the concentration of the surfactant (surfactant) compound in the reaction medium. While the formation of authentic liquid crystals (LCT mechanism) requires very high surfactant concentrations, cooperative self-assembly processes take place in the presence of surfactant concentrations close to the so-called critical values (eme). Although the LCT method was an extraordinary advance in this field of activity, the main advances in the synthesis of mesoporous oxides have resulted from the development of the chemistry on which the processes of cooperative self-assembly at low concentrations of surfactant are based. As indicated, the preparative chemistry of ordered mesoporous solids is, in that case, closely related to colloidal chemistry; that is, it deals primarily with processes that involve micelles. However, the dissolution chemistry of inorganic precursors (usually constituted by a metal or metalloid element surrounded by several ligands) is an essential tool in the search for rational synthesis designs. This can
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entenderse fácilmente considerando que los procesos de solvolisis y condensación que afectan al precursor son los que generan el componente inorgánico de las micelas compuestas. De este modo, además de la propia naturaleza y concentración relativa del surfactante, otros parámetros (que afectan tanto a la termodinámica como a la cinética de los procesos de solvolisis y condensación) que pueden ajustarse deliberadamente para el diseño de materiales mesoporosos son las características químicas del precursor y su concentración, así como la temperatura y pH. El proceso como un todo también puede modularse mediante la utilización de un cosol vente (disolvente adicional miscible con la disolución) adecuado.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) easily understood considering that the solvolysis and condensation processes that affect the precursor are those that generate the inorganic component of the composite micelles. Thus, in addition to the nature and relative concentration of the surfactant, other parameters (which affect both the thermodynamics and the kinetics of the solvolysis and condensation processes) that can be deliberately adjusted for the design of mesoporous materials are the chemical characteristics of the precursor and its concentration, as well as temperature and pH. The process as a whole can also be modulated by using a suitable cosol (additional solvent miscible with the solution).
A pesar de los indudables avances que se han producido en un corto período de tiempo en la síntesis de materiales mesoporosos a partir de ideas como las anteriores (implicando, esencialmente, la utilización de precursores inorgánicos que incluyen ligandos alcoxo), hay algo que sigue resultando evidente: la obtención de materiales mesoporosos ordenados no silíceos (y también la de los silíceos muy sustituidos o "altamente dopados") a través de la preparación de un material compuesto (inorgánico-orgánico) intermedio mesostructurado no es fácil a priori. Son muchos los factores competitivos que deben ser armonizados en la búsqueda de un precursor adecuado. Así, en primer lugar es necesario que la cinética de polimerización del alcoxo- complejo (inestable frente a la hidrólisis) pueda controlarse (inercia relativa) de forma que los correspondientes solutos inorgánicos condensen sobre los grupos terminales iónicos del surfactante; la formación de núcleos de partículas de óxido puro con el tamaño crítico debe evitarse en cualquier caso. Sin embargo, la reactividad inherente de los alcóxidos se opone a este requisito metodológico de que la hidrólisis tenga lugar en presencia del surfactante cuando las diluciones son relativamente altas. Por otra parte, laDespite the undoubted advances that have occurred in a short period of time in the synthesis of mesoporous materials from ideas such as the previous ones (essentially involving the use of inorganic precursors that include alkoxy ligands), there is something that continues to result Obviously: obtaining ordered mesoporous non-siliceous materials (and also that of highly substituted or "highly doped" siliceous) through the preparation of a mesostructured intermediate (inorganic-organic) composite is not easy a priori. There are many competitive factors that must be harmonized in the search for a suitable precursor. Thus, it is first necessary that the polymerization kinetics of the alkoxy-complex (unstable against hydrolysis) can be controlled (relative inertia) so that the corresponding inorganic solutes condense on the ionic terminal groups of the surfactant; The formation of nuclei of particles of pure oxide with the critical size should be avoided in any case. However, the inherent reactivity of alkoxides is opposed to this methodological requirement that hydrolysis take place in the presence of the surfactant when dilutions are relatively high. Moreover, the
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propia naturaleza del precursor no debe impedir que los procesos de hidrólisis lleguen a completarse y, cuando se piensa en precursores de materiales que incluyen dos o más elementos formadores de óxidos, será necesario armonizar la reactividad de los diferentes precursores a fin de garantizar la homogeneidad química del producto. De hecho, las diversas aproximaciones mencionadas anteriormente tienen como finalidad común el superar la dificultad más importante en la síntesis de silicometalatos (óxidos mixtos silicio metal) en general y de silicotitanatos en particular: la formación de dominios de composición originada por la diferencia en reactividad de los compuestos fuente de silicio y los de otros elementos, en general, y, en particular, por la elevada labilidad de los alcóxidos metálicos frente a la hidrólisis. Los métodos a los que se acude para compensar las diferencias en las velocidades de hidrólisis y condensación se fundamentan, por esta razón, ya en la formación de complejos mixtos de alcóxidos y ligandos quelantes o la modificación de aquellos, ya en la hidrólisis previa de los compuestos generadores de silicio o, por último, en el uso de precursores mixtos concretos alternativos a los alcóxidos. La química sol-gel de los alcóxidos se ha desarrollado mucho con fines preparativos de óxidos simples y mixtos. Por otra parte los alcóxidos metálicos se preparan por procedimientos bien conocidos y típicamente por reacción de un metal o su haluro con el respectivo alcohol alifático o aromático o sus sales, frecuentemente en presencia de un catalizador. También forma parte del acervo químico público el conocimiento de las reacciones de intercambio en las que un sistema formado por un alcóxido metálico (OR)xM y un alcohol HOR' evoluciona a un equilibrio en el que coexisten los posibles alcoholes con los alcóxidos mixtos (OR)y(OR')zM. LosSUBSTITUTE SHEET (RULE 26) The nature of the precursor itself must not prevent hydrolysis processes from being completed and, when thinking about material precursors that include two or more oxidizing elements, it will be necessary to harmonize the reactivity of the different precursors in order to guarantee chemical homogeneity of the product. In fact, the various approaches mentioned above have the common purpose of overcoming the most important difficulty in the synthesis of silicomethalates (mixed silicon metal oxides) in general and silicotitates in particular: the formation of composition domains caused by the difference in reactivity of the silicon source compounds and those of other elements, in general, and, in particular, by the high lability of the metal alkoxides against hydrolysis. The methods used to compensate for differences in the rates of hydrolysis and condensation are based, for this reason, already on the formation of mixed complexes of alkoxides and chelating ligands or the modification of those, already in the prior hydrolysis of silicon generating compounds or, finally, in the use of concrete mixed precursors alternative to alkoxides. The sol-gel chemistry of alkoxides has been developed extensively for preparative purposes of simple and mixed oxides. On the other hand, metal alkoxides are prepared by well known procedures and typically by reaction of a metal or its halide with the respective aliphatic or aromatic alcohol or its salts, frequently in the presence of a catalyst. The knowledge of the exchange reactions in which a system formed by a metal alkoxide (OR) x M and an alcohol HOR 'is also part of the public chemical pool evolves into a balance in which the possible alcohols coexist with mixed alkoxides ( OR) and (OR ') z M. Los
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alcóxidos son termodinámicamente inestables y, en general, cinéticamente lábiles respecto a la formación de especies oxohidroxo al reaccionar con agua, disminuyendo su labilidad con el aumento de la electronegatividad del metal y la complejidad del grupo alcoxo. Existen muchos alcóxidos metálicos relativamente estables debido a la presencia de otros grupos funcionales, como aminas o grupos carboxilato, en la molécula. En particular existe una familia de compuestos moleculares, comúnmente denominados metalatranos o atranocomplejos, en los que el metal se coordina a ligandos aminotrialcoxo del tipo N(ORjOR2OR3)3", donde los restos R , R2, R3 representan grupos orgánicos, iguales o diferentes, que contienen carbono e hidrógeno, saturados, insaturados o aromáticos, y, preferentemente, cadenas alifáticas lineales. En particular, los compuestos más sencillos de esta familia proceden del 2,2',2"-nitrilotrietanol (comercialmente llamado trietanolamina y de acrónimo TEA), en el que el nitrógeno tiene un notable carácter básico. En las publicaciones científicas está descrita la preparación de atranocomplejos de una amplia variedad de elementos, como B(IH), Al(ffl), Fe(III), Bi(III), Sm(III), Si(IV), Ge(IV) y Ti(IV), Zr(IV), V(V). La química de los atranos de silicio, o silatranos, fue muy desarrollada por M. O. Voronkov, quien la revisó en Puré Appl. Chem., 13 (1966) pág. 35. La química general de los atranos también ha sido recientemente revisada por J. O. Ver ade en Acc Chem. Res., 26 (1993), pág. 483. Los atranos se preparan comúnmente a partir de los alcóxidos (por ejemplo isopropóxidos) del elemento por desplazamiento del alcohol por el aminotrialcoxo, y, particularmente, por la TEA. La reacción se desarrolla habitualmente en disolución de benceno, cloroformo u otro disolvente orgánico seco y bajo atmósfera de argón o nitrógeno, utilizando técnicas estandarizadas de atmósfera inerte y de Schlenk. Se ha descrito laSUBSTITUTE SHEET (RULE 26) Alkoxides are thermodynamically unstable and, in general, kinetically labile with respect to the formation of oxohydroxy species when reacting with water, decreasing their lability with increasing metal electronegativity and the complexity of the alkoxy group. There are many relatively stable metal alkoxides due to the presence of other functional groups, such as amines or carboxylate groups, in the molecule. In particular there is a family of molecular compounds, commonly called metalatrans or atranocomplexes, in which the metal coordinates to aminotrialcoxo ligands of type N (ORjOR 2 OR 3 ) 3 " , where the R, R 2 , R 3 moieties represent organic groups , same or different, containing carbon and hydrogen, saturated, unsaturated or aromatic, and preferably linear aliphatic chains. In particular, the simplest compounds of this family come from 2,2 ', 2 "-nitrilotrietanol (commercially called triethanolamine and of acronym TEA), in which the nitrogen has a remarkable basic character. The preparation of atranocomplexes of a wide variety of elements, such as B (IH), Al (ffl), Fe (III), Bi (III), Sm (III), Si (IV), Ge () is described in scientific publications IV) and Ti (IV), Zr (IV), V (V). The chemistry of silicon attractants, or silatrans, was highly developed by MO Voronkov, who reviewed it in Mashed Appl. Chem., 13 (1966) p. 35. The general chemistry of atrans has also recently been reviewed by JO See also in Acc Chem. Res., 26 (1993), p. 483. Attrants are commonly prepared from the alkoxides (for example isopropoxides) of the element by displacement of the alcohol by the aminotrialcoxo, and, particularly, by the ASD. The reaction usually takes place in benzene, chloroform or other dry organic solvent solution and under an argon or nitrogen atmosphere, using standardized inert atmosphere and Schlenk techniques. The
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preparación del alumatrano (atrano de aluminio) por transesterificación de alcóxidos de aluminio con trietanolamina, en presencia o no de un disolvente orgánico, y siempre en medio anhidro y atmósfera inerte [J. Pinkas et al. , Inorg. Chem., 32 (1993), pág. 2711]. Frye [O. L. Frye et al. , J. Am. Chem. Soc. 93(25) (1971), pág 6805] describe diversas reacciones de formación de silatranos y, en particular, la conversión directa de sílice en un silatrano polímero por reacción con TEA a más de 200°C. R. M. Laine, en la patente US 5,418,298, describe la formación de polimetaloxanos que contienen silatrano por reacción de sílice con etilenglicol como disolvente y TEA como catalizador bajo atmósfera de nitrógeno; la citada patente declara el uso de la TEA y extiende sus reivindicaciones a la preparación de polímeros precursores de cerámicas conteniendo Si, Ge, Sn, Al, Ga, Ti, Zr o Hf y elementos alcalinos o alcalinotérreos. De acuerdo pues con la bibliografía científica y las patentes relacionadas, se conoce que la TEA forma atranocomplejos (simples o mixtos con otros ligandos) de muchos elementos químicos y que la preparación de tales atranos se lleva a cabo en condiciones de reacción en las que se evita la presencia del oxígeno y el agua. En general, los metalatranos se describen como inestables frente a la hidrólisis. Aunque en el caso de los silatranos se ha detectado una clara inercia frente a la hidrólisis [O. L. Frye et al, J. Am. Chem. Soc. 93(25) (1971), pág 6805], no parece haberse aprovechado tal propiedad en la preparación de zeolitas, zeotipos o materiales porosos ordenados. Además tampoco parecen haberse estudiado las reacciones de los metalatranos conocidos con el agua en función del pH y no se ha comunicado en forma alguna la posibilidad de utilizar la hidrólisis controlada de disoluciones acuosas o hidroalcohólicas mixtas de silatranos y otros metalatranos como mente de metales para la preparación de silicometalatos u óxidos puros o mixtos porosos, ordenados oSUBSTITUTE SHEET (RULE 26) preparation of alumatran (aluminum atrane) by transesterification of aluminum alkoxides with triethanolamine, in the presence or absence of an organic solvent, and always in anhydrous medium and inert atmosphere [J. Pinkas et al. Inorg Chem., 32 (1993), p. 2711]. Frye [OL Frye et al. , J. Am. Chem. Soc. 93 (25) (1971), p. 6805] describes various reactions of silatran formation and, in particular, the direct conversion of silica into a polymer silatran by reaction with TEA at more than 200 ° CRM Laine, in US Patent 5,418,298, describes the formation of polymetaloxanes containing silatrane by reaction of silica with ethylene glycol as solvent and TEA as catalyst under nitrogen atmosphere; The aforementioned patent declares the use of TEA and extends its claims to the preparation of ceramic precursor polymers containing Si, Ge, Sn, Al, Ga, Ti, Zr or Hf and alkaline or alkaline earth elements. According to the scientific literature and related patents, it is known that ASD forms atranocomplexes (simple or mixed with other ligands) of many chemical elements and that the preparation of such attractants is carried out under reaction conditions in which prevents the presence of oxygen and water. In general, metalatrans are described as unstable against hydrolysis. Although in the case of silatrans a clear inertia has been detected against hydrolysis [OL Frye et al., J. Am. Chem. Soc. 93 (25) (1971), p. 6805], such property does not appear to have been used in the preparation of zeolites, zeotypes or ordered porous materials. In addition, the reactions of known metalatrans with water as a function of pH do not appear to have been studied and the possibility of using controlled hydrolysis of mixed aqueous or hydroalcoholic solutions of silatrans and other metalatrans as the metal mind for preparation of pure or mixed porous, ordered or mixed silicomethalates or oxides
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no.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) do not.
Objeto de la presente invenciónObject of the present invention
De acuerdo con todo lo comentado, es objeto de la presente invención proporcionar óxidos u óxidos mixtos, en particular silicometalatos, porosos ordenados de gran homogeneidad composicional, elevada pureza de fase y, eventualmente, de gran actividad catalítica. Otro de los objetos de la presente invención es proporcionar un proceso adecuado no sólo para la preparación de productos basados en (Si02)1_x(Tiθ2)x sino también para la preparación de productos en los que el silicio, el titanio o ambos sean reemplazados, parcial o totalmente, por uno o más elementos diferentes en el retículo sólido. Las sílices porosas, con poros de diámetro superior a 1 nm, en las que el silicio esté parcialmente sustituido por titanio, serán, eventualmente, catalizadores de la oxidación de moléculas orgánicas de diámetro dinámico efectivo superior a 0,65 nm. La presencia de aluminio en tales silicotitanatos mesoporosos puede modificar su acidez y ampliar su funcionalidad. La preparación de óxidos mesoporosos simples o mixtos y, en particular, la de silicatos metálicos mesoporosos ordenados, comprende la obtención de un material mesoestructurado precursor del material mesoporoso definitivo. Un aspecto de la presente invención es la preparación y el control tanto de la composición de la parte inorgánica de materiales mesoestructurados (compuestos) susceptibles de ser eventuales precursores de materiales mesoporosos como de las propiedades de tales precursores mesoestructurados y los mesoporosos finales. El material mesoestructurado precursor precipita a partir de disoluciones acuosas o hidroalcohólicas alcalinas en presencia de iones del tipo NRjR2R3R4 + con actividadIn accordance with all of the above, it is the object of the present invention to provide mixed oxides or oxides, in particular silicomethalates, ordered porous of great compositional homogeneity, high phase purity and, possibly, of great catalytic activity. Another object of the present invention is to provide a suitable process not only for the preparation of products based on (Si0 2 ) 1 _ x (Tiθ 2 ) x but also for the preparation of products in which silicon, titanium or both are replaced, partially or totally, by one or more different elements in the solid lattice. Porous silicas, with pores of diameter greater than 1 nm, in which silicon is partially substituted by titanium, will eventually be catalysts for the oxidation of organic molecules with an effective dynamic diameter greater than 0.65 nm. The presence of aluminum in such mesoporous silicotitates can modify its acidity and extend its functionality. The preparation of simple or mixed mesoporous oxides and, in particular, that of ordered mesoporous metal silicates, comprises obtaining a mesostructured material precursor to the final mesoporous material. An aspect of the present invention is the preparation and control of both the composition of the inorganic part of mesostructured materials (compounds) capable of being possible precursors of mesoporous materials and of the properties of such mesostructured precursors and the final mesoporous. The precursor mesostructured material precipitates from aqueous or alkaline hydroalcoholic solutions in the presence of ions of the NRjR 2 R 3 R 4 + type with activity
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tensoactiva y tras la adición de una disolución hidroalcohólica homogénea que contiene, como fuente de los elementos implicados en la formulación, óxidos, oxohidróxidos, oxoácidos, haluros y/o polialcoxoderivados simples o mixtos de tales elementos. La precipitación del material mesoestructurado se induce eventualmente por un tratamiento térmico. El material mesoestructurado se caracteriza por poseer una composición en metales o metaloides bien definida y un diagrama de difracción de rayos X y una imagen de TEM característicos, así como una evolución térmica de su masa con etapas bien definidas. Cuando las aminas utilizadas no tienen actividad tensoactiva y/o en presencia de un exceso de hidróxido alcalino u orgánico del tipo ROH, se pueden preparar, dependiendo de las condiciones de síntesis materiales microporosos o amorfos.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) surfactant and after the addition of a homogeneous hydroalcoholic solution containing, as a source of the elements involved in the formulation, oxides, oxohydroxides, oxoacids, halides and / or simple or mixed polyalkoxo derivatives of such elements. The precipitation of the mesostructured material is eventually induced by a heat treatment. The mesostructured material is characterized by having a well-defined metal or metalloid composition and a characteristic X-ray diffraction diagram and an image of TEM, as well as a thermal evolution of its mass with well-defined stages. When the amines used do not have surfactant activity and / or in the presence of an excess of alkaline or organic hydroxide of the ROH type, microporous or amorphous materials can be prepared depending on the synthesis conditions.
Breve descripción de la invenciónBrief Description of the Invention
El procedimiento de obtención de los materiales mesoestructurados precursores de los correspondientes materiales mesoporosos objeto de la presente invención se realiza empleando un proceso operativo que comprende la reacción de hidrólisis y condensación en disolución de una mezcla íntima de compuestos fuente o compuestos fuente mixtos de metales o/y metaloides en presencia de un agente con efecto plantilla y donde los llamados compuestos fuente son atranocomplejos de los metales y/o metaloides implicados. La hidrólisis y condensación puede implicar el uso de condiciones hidrotérmicas bajo presión autógena. El generador de los mencionados atranocomplejos puede ser cualquier compuesto orgánico de entre los llamados atranos, pero especialmente el 2,2' ,2" nitrilotrietanol. El agente con efecto plantillaThe process of obtaining the precursor mesostructured materials of the corresponding mesoporous materials object of the present invention is carried out using an operative process comprising the reaction of hydrolysis and condensation in solution of an intimate mixture of source compounds or mixed source compounds of metals or / and metalloids in the presence of an agent with template effect and where the so-called source compounds are atranocomplexes of the metals and / or metalloids involved. Hydrolysis and condensation may involve the use of hydrothermal conditions under autogenous pressure. The generator of the aforementioned atranocomplexes can be any organic compound among the so-called attractants, but especially 2,2 ', 2 "nitrilotriethanol. The template effect agent
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adecuado a los objetivos de la presente invención puede ser cualquiera. La metodología preparativa de los mencionados atranocomplejos en la presente invención es ventajosa respecto de las conocidas porque es general y porque puede reducir los costes respecto de otros procesos conocidos, por lo que mejora su posible aprovechamiento comercial.SUBSTITUTE SHEET RULE 26 suitable for the purposes of the present invention can be any. The preparative methodology of the aforementioned atranocomplexes in the present invention is advantageous with respect to those known because it is general and because it can reduce costs with respect to other known processes, thereby improving its possible commercial use.
Cada material mesoporoso objeto de la presente invención se obtiene mediante calcinación, en condiciones adecuadas para la eliminación de los componentes orgánicos, del material mesoestructurado correspondiente, preparado por el procedimiento aquí descrito. Cada material mesoporoso, obtenido a partir de su precursor mesoestructurado, se caracteriza por poseer un diagrama de difracción de rayos X y una imagen de TEM característicos y también una elevada homogeneidad composicional, una distribución de poros unimodal, una alta superficie específica y, además, una elevada estabilidad térmica. Los silicotitanatos porosos preparados por el procedimiento aquí descrito podrían actuar como catalizadores de oxidación selectiva de moléculas de interés en el campo de la química orgánica. Otros silicometalatos porosos sintetizados mediante el mismo procedimiento pueden actuar como catalizadores ácidos, de hidroxilación y polimerización. En otros campos las silicoalúminas son activas como catalizadores en procesos de craqueo e hidrocraqueo, los silicovanadatos porosos, como los siliciotitanatos, poseen actividad catalítica en procesos de epoxidación, los siliciocirconatos en diversos procesos de oxidación de compuestos orgánicos etc.Each mesoporous material object of the present invention is obtained by calcination, under conditions suitable for the elimination of the organic components, of the corresponding mesostructured material, prepared by the process described herein. Each mesoporous material, obtained from its mesostructured precursor, is characterized by having a characteristic X-ray diffraction diagram and an image of TEM and also a high compositional homogeneity, a unimodal pore distribution, a high specific surface area and, in addition, high thermal stability Porous silicotitates prepared by the process described herein could act as catalysts for the selective oxidation of molecules of interest in the field of organic chemistry. Other porous silicomethalates synthesized by the same procedure can act as acid, hydroxylation and polymerization catalysts. In other fields, silicoalúmines are active as catalysts in cracking and hydrocracking processes, porous silicovanadates, such as siliciotonates, have catalytic activity in epoxidation processes, siliconcirconates in various processes of oxidation of organic compounds etc.
Otro aspecto de la invención es la preparación de materiales microporosos de tipo zeolita mediante un proceso idéntico al que utiliza la presente invención para la preparación de los materiales mesoestructurados excepto en que, en el caso de los microporosos, se excluye específicamente el uso de los llamadosAnother aspect of the invention is the preparation of microporous materials of the zeolite type by a process identical to that used by the present invention for the preparation of mesostructured materials except that, in the case of microporous materials, the use of so-called
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tensoactivos o surfactantes como agentes con efecto plantilla, aunque pueden ser usados otros compuestos orgánicos, principalmente aminas, como tales agentes plantilla.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) surfactants or surfactants as agents with template effect, although other organic compounds, mainly amines, can be used as such template agents.
Otro aspecto de la presente invención es la preparación, mediante modificaciones simples del procedimiento preparativo que se reivindica, de óxidos mixtos amorfos y, en particular, de silicometalatos amorfos. Muchos de tales silicometalatos amorfos se caracterizan porque el metal o metales que acompañan al silicio poseen un entorno de coordinación medio inferior a seis.Another aspect of the present invention is the preparation, by simple modifications of the preparative process claimed, of amorphous mixed oxides and, in particular, of amorphous silicomethalates. Many such amorphous silicomethalates are characterized in that the metal or metals that accompany the silicon have an average coordination environment of less than six.
Descripción detallada de la invenciónDetailed description of the invention
En el procedimiento objeto de la presente invención, las fuentes de metal, metales y/o metaloides son disoluciones hidroalcohólicas de compuestos metalatranos, las cuales se someten a una reacción de hidrólisis en presencia de uno o varios agentes con efecto plantilla, comprendiendo necesariamente las siguientes etapas:In the process object of the present invention, the sources of metal, metals and / or metalloids are hydroalcoholic solutions of metallatran compounds, which are subjected to a hydrolysis reaction in the presence of one or more agents with template effect, necessarily comprising the following stages:
1) Preparación de disoluciones hidroalcohólicas estables de complejos atranos de los metales y/o metaloides incluidos en la composición del producto deseado, consistente en que se parte de una disolución hidroalcoólica que contiene los compuestos metalatranos o los reactivos necesarios para preparar éstos, es decir, un formador de atranos y compuestos de los metales y/o metaloides implicados en la composición del producto final. Opcionalmente contiene también hidróxidos o haluros alcalinos y /o de amonio cuaternario, otros alcoholes, polialcoholes, carboxipolialcoholes, aminoalcoholes, aminopolialcoholes o mezclas de éstos, aminas o poliaminas, que actuarán como agentes plantilla. De esta1) Preparation of stable hydroalcoholic solutions of metal and / or metalloid attractant complexes included in the composition of the desired product, consisting of starting from a hydroalcoolic solution containing the metallatran compounds or the reagents necessary to prepare these, that is, an attractant and compound of the metals and / or metalloids involved in the composition of the final product. Optionally it also contains alkali metal and / or quaternary ammonium hydroxides or halides, other alcohols, polyalcohols, carboxypolyalcohols, aminoalcohols, aminopolyalcohols or mixtures thereof, amines or polyamines, which will act as template agents. This
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disolución inicial, se eliminan por destilación las fracciones con punto de ebullición inferior a 190 °C.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) Initial solution, fractions with a boiling point below 190 ° C are removed by distillation.
2) Hidrólisis inducida química y/o térmicamente de los complejos atranos en presencia de un compuesto con efecto plantilla, consistente en que a la disolución obtenida en la etapa Ia se añade ahora, en caso de no haberse hecho en aquella etapa, el agente plantilla. Se mezcla, bajo agitación y a temperaturas comprendidas entre 5 y 100 °C, con una cierta cantidad de agua, preferentemente desmineralizada; la relación molar de agua al contenido total de metales y/o metaloides debe ser superior a 10 y, preferentemente, estar comprendida entre los límites 25 y 175. Opcionalmente, el pH de la mezcla puede aumentarse, para favorecer la reacción de hidrólisis, por adición de un hidróxido o una amina. Esta etapa proporciona, como producto de la reacción una disolución, un gel o una suspensión de un sólido. 3) Envejecimiento del producto de la reacción de hidrólisis, consistente en que el producto obtenido en la etapa 2a se somete a un tratamiento térmico a una temperatura igual o inferior a 220 °C en recipiente abierto a reflujo y presión ambiente o en reactor hidrotérmico cerrado (autoclave) a presión en general autógena, durante un periodo de tiempo mínimo de 5 minutos y máximo de 15 días. Este tratamiento térmico de envejecimiento proporciona un precipitado sólido; el sólido se filtra o centrifuga, se lava con agua, preferentemente desmineralizada, y posteriormente se seca, preferentemente a una temperatura comprendida entre 18 y 25 °C en desecador conteniendo cloruro calcico u otro agente de capacidad desecante similar a la de éste. 4) Obtención del producto poroso mediante pirólisis del producto envejecido, consistente en que el sólido aislado en la etapa 3a, se somete a la eliminación de la fracción orgánica y acuosa que pueda contener,2) Hydrolysis induced chemically and / or thermally atrane complexes in the presence of a compound with template effect, namely that the solution obtained in stage I to the agent is now added, should not be done at that stage, template. It is mixed, under stirring and at temperatures between 5 and 100 ° C, with a certain amount of water, preferably demineralized; the molar ratio of water to the total metal and / or metalloid content should be greater than 10 and, preferably, be between the limits 25 and 175. Optionally, the pH of the mixture can be increased, to favor the hydrolysis reaction, by addition of a hydroxide or an amine. This step provides, as a reaction product, a solution, a gel or a suspension of a solid. 3) Aging the product of the hydrolysis reaction, consisting of the product obtained in step 2 is subjected to a heat treatment at a temperature exceeding 220 ° C in an open container at reflux and atmospheric pressure or hydrothermal reactor closed (autoclave) under pressure in general autogenous, for a minimum period of 5 minutes and a maximum of 15 days. This heat aging treatment provides a solid precipitate; The solid is filtered or centrifuged, washed with water, preferably demineralized, and subsequently dried, preferably at a temperature between 18 and 25 ° C in a desiccator containing calcium chloride or other agent with a drying capacity similar to that of the latter. 4) Obtaining the porous product by pyrolysis of the aged product, consisting in that the solid isolated in step 3 a , is subjected to the elimination of the organic and aqueous fraction that it may contain,
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mediante tratamiento o tratamientos térmicos sucesivos a temperaturas comprendidas entre 300 °C y 600 °C en atmósfera de aire, oxígeno o nitrógeno preferentemente dinámica, durante un tiempo míriimo de 5 horas y máximo de 7 días, obteniéndose así el material poroso final.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) by successive heat treatment or treatments at temperatures between 300 ° C and 600 ° C in an atmosphere of preferably dynamic air, oxygen or nitrogen, for a minimum time of 5 hours and a maximum of 7 days, thus obtaining the final porous material.
La presente invención se funda en el hecho de que los ligandos de tipo aminotrialcoxo y, particularmente, el ligando TEA (2,2' ,2"- nitrilotrietanol), cumplen todos los requisitos necesarios para generar precursores adecuados (que deben ser simultáneamente inestables e inertes en disolución acuosa en medio neutro o básico) para la preparación de óxidos en forma de materiales mesoestructurados, mesoporosos y microporosos por el procedimiento objeto de esta invención en el caso de un amplio conjunto de elementos. Así, de acuerdo con la presente invención, los atranocomplejos son precursores aptos para la síntesis de materiales mesoestructurados y mesoporosos tanto en el caso de la sílice como de muchos otros óxidos simples. Además, las mezclas de atranos o los atranos mixtos son precursores aptos para la síntesis de materiales microporosos, mesostructurados y mesoporosos de sistemas oxídicos mixtos silíceos y muchos no silíceos. En lo que sigue se utiliza indisintamente el nombre de atrano, metalatrano o atranocomplejo para referirse a compuestos foimados por un componente orgánico de tipo aminotrialcoxo y un metal o metaloide.The present invention is based on the fact that the aminotrialcoxo type ligands and, in particular, the TEA ligand (2,2 ', 2 "- nitrilotriethanol), meet all the requirements necessary to generate suitable precursors (which must be simultaneously unstable and inert in aqueous solution in neutral or basic medium) for the preparation of oxides in the form of mesostructured, mesoporous and microporous materials by the process object of this invention in the case of a wide set of elements, thus, in accordance with the present invention, atranocomplexes are precursors suitable for the synthesis of mesostructured and mesoporous materials both in the case of silica and many other simple oxides.In addition, mixtures of attractants or mixed attractants are precursors suitable for the synthesis of microporous, mesostructured and mesoporous materials of mixed siliceous and many non-siliceous oxidic systems In what follows it is used indiscriminately the name of atrane, metallatran or atranocomplex to refer to compounds foimados by an organic component of aminotrialcoxo type and a metal or metalloid.
El rasgo más destacado de los atranocomplejos, con respecto a la presente invención, es su sorprendente inercia química frente a la hidrólisis. De hecho en muchos casos, una vez que se ha obtenido un atranocomplejo en ausencia de agua, la adición de ésta no da lugar a la formación inmediata de precipitado alguno. En la práctica, las disoluciones resultantes permanecen inalteradas durante largos períodos de tiempo, que pueden alcanzar variasThe most prominent feature of atranocomplexes, with respect to the present invention, is their surprising chemical inertia against hydrolysis. In fact, in many cases, once an atranocomplex has been obtained in the absence of water, the addition of this does not result in the immediate formation of any precipitate. In practice, the resulting solutions remain unchanged for long periods of time, which can reach several
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semanas para un ligando y metal dados. Aunque en el caso del silicio tal inercia ha sido descrita [Frye C, Vicent G., Finzel W., J. Am. Chem. Soc. 93 (1971) pág. 6805] y no sorprende, ya que es común con la de sus ortoalcóxidos, sí que resulta sin embargo inesperada en otros elementos (como el Al, Ti, Sn, entre otros) cuyos ortoalcóxidos son extremadamente lábiles frente a la hidrólisis. Los autores de la presente invención han comprobado la sorprendente inercia de las disoluciones acuosas de los derivados de TEA de B, Al, Si, y Ti, entre otros elementos. La detección de las especies existentes en disolución mediante técnicas espectroscópicas (Resonancia Magnética Nuclear, RMN) o analíticas (Espectrometría de Masas tras Bombardeo por Iones Ultrarrápidos, MS-FAB) permite probar la inercia frente a la hidrólisis de los metalatranos, que es el fundamento químico de su aplicación en la presente invención. En disolución anhidra, las especies dominantes dependen de la carga y acidez del catión implicado. En el caso de elementos trivalentes, las especies mayoritarias presentes en medio anhidro son del tipoSUBSTITUTE SHEET (RULE 26) weeks for a given ligand and metal. Although in the case of silicon such inertia has been described [Frye C, Vicent G., Finzel W., J. Am. Chem. Soc. 93 (1971) p. 6805] and it is not surprising, since it is common with that of its orthoalkoxides, however it is unexpected in other elements (such as Al, Ti, Sn, among others) whose orthoalkoxides are extremely labile against hydrolysis. The authors of the present invention have proven the surprising inertia of the aqueous solutions of the TEA derivatives of B, Al, Si, and Ti, among other elements. The detection of the species in solution by means of spectroscopic techniques (Nuclear Magnetic Resonance, NMR) or analytical (Mass Spectrometry after Bombardment by Ultrafast Ions, MS-FAB) allows to test the inertia against the hydrolysis of metalatrans, which is the foundation chemical of its application in the present invention. In anhydrous solution, the dominant species depend on the charge and acidity of the cation involved. In the case of trivalent elements, the majority species present in anhydrous medium are of the type
[N(CH2CH20)3M]n (n = 2-4, M = Al; n = 1, M = B)[N (CH 2 CH 2 0) 3 M] n (n = 2-4, M = Al; n = 1, M = B)
Los elementos de tetravalentes (M = Si, Ti, Zr) forman especies del tipoTetravalent elements (M = Si, Ti, Zr) form species of the type
[N(CH2CH20)3M-OR] (Tipo[N (CH 2 CH 2 0) 3 M-OR] (Type
I)I)
En la reacción de ortoalcóxidos con TEA los grupos OR provienen del alcóxido de partida o de otra molécula de TEA. En el caso del Ti se ha detectado la formación de oligómeros constituidos por especies de Tipo IIn the reaction of orthoalkoxides with ASD the OR groups come from the starting alkoxide or from another molecule of ASD. In the case of Ti, the formation of oligomers consisting of Type I species has been detected.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
concatenadas. Sin embargo, las especies mayoritarias en el caso del Si sonSUBSTITUTE SHEET (RULE 26) concatenated However, the majority species in the case of Si are
[N(CH2CH20)3Si](3.x)[N{(CH2CH20)(3.λ) (CH2CH2OH)x}][N (CH 2 CH 2 0) 3 Yes] (3. x) [N {(CH 2 CH 2 0) (3. λ) (CH 2 CH 2 OH) x }]
(Tipo II)(Type II)
La presencia de NaOH en medio anhidro, no sólo modifica el sistema generando iones alcoxo del tipoThe presence of NaOH in anhydrous medium, not only modifies the system generating alkoxy ions of the type
[N{(CH2CH20)(3.x)(CH2CH2OH)x]^-[N {(CH 2 CH 2 0) (3. x) (CH 2 CH 2 OH) x ] ^ -
sino también originando aniones atrano comobut also originating anions annoying as
[N(CH2CH20)3SiN{(CH2CH20)2(CH2CH2OH)}]'.[N (CH 2 CH 2 0) 3 SiN {(CH 2 CH 2 0) 2 (CH 2 CH 2 OH)}] ' .
De forma similar, en el caso de elementos trivalentes, como Al, las especies amónicas dominantes son atranocomplejos de tipoSimilarly, in the case of trivalent elements, such as Al, the dominant ammonium species are atranocomplexes of type
[N(CH2CH20)3AlN{(CH2CH20)(1+x) (CH2CH2OH)(2.x)}] (l+x)-[N (CH 2 CH 2 0) 3 AlN {(CH 2 CH 2 0) (1 + x) (CH 2 CH 2 OH) (2. X) }] (l + x) -
Muy probablemente, todas estas especies amónicas se estabilizan en medio anhidro incorporando cationes Na+. De hecho, los resultados de espectrometría de masas indican la presencia de atranos mixtos de sodio- silicio o sodio-aluminio en cantidades significativas. El comportamiento de los atranos frente a la adición de agua depende de las características del elemento implicado (acidez y coordinación preferencial), siendo particularmente sensible a las características de la esfera de coordinación del elemento en el complejo de partida.Most likely, all these ammonium species are stabilized in anhydrous medium incorporating Na + cations. In fact, mass spectrometry results indicate the presence of mixed sodium-silicon or sodium-aluminum attractants in significant amounts. The behavior of the attrains against the addition of water depends on the characteristics of the element involved (acidity and preferential coordination), being particularly sensitive to the characteristics of the coordination sphere of the element in the starting complex.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
Los atrano-complejos de elementos tales como B, Al, Si, y Ti son inertes frente a la hidrólisis y su inercia es controlable en función del pH. Tal comportamiento no es exclusivo de estos elementos y los atrano-derivado de metales como Zr, V, Mo, Fe, Co, Ni, y Zn se comportan de modo similar. El procedimiento preparativo que describimos a continuación se fundamenta en la inercia frente a la hidrólisis de los metalatranos y en su control, que permite la hidrólisis y condensación simultánea de varios elementos, y en concreto del silicio y uno o varios metales o metaloides adicionalesSUBSTITUTE SHEET (RULE 26) The atrano-complexes of elements such as B, Al, Si, and Ti are inert against hydrolysis and their inertia is controllable as a function of pH. Such behavior is not exclusive to these elements and the atrano-derived metals such as Zr, V, Mo, Fe, Co, Ni, and Zn behave similarly. The preparative procedure described below is based on inertia against the hydrolysis of metallatrans and their control, which allows simultaneous hydrolysis and condensation of several elements, and in particular silicon and one or more additional metals or metalloids.
El procedimiento de obtención de los materiales precursores de materiales porosos, objeto de la presente invención, se puede realizar empleando el proceso operativo que se describe a continuación y que comprende las etapas a, b, c, d, e, f, g, h. La etapa i, aplicada al material precursor microestructurado, mesoestructurado o amorfo obtenido tras las etapas anteriores, proporciona respectivamente el material microporoso, mesoporoso o amorfo fina Las etapas se describen a continuación: a) Se prepara una disolución hidroalcohólica A. La disolución A puede contener, además de agua y un compuesto formador de atranos, un hidróxido alcalino o de amonio cuaternario, alcoholes, polialcoholes, carboxipolialcoholes, aminoalcoholes, aminopolialcoholes o mezclas de éstos y, eventualmente, aminas o poliaminas; todos estos compuestos orgánicos pueden ser de cadena lineal o ramificada, variando el número de átomos de carbono de cada cadena entre 1 y 6 y, además, deben ser miscibles entre sí y con el agua en las proporciones y condiciones en que se defina y utilice la disolución A con la finalidad de preparar los materiales objeto de invención.The process for obtaining the precursor materials of porous materials, object of the present invention, can be carried out using the operating process described below and comprising the steps a, b, c, d, e, f, g, h . Stage i, applied to the microstructured, mesostructured or amorphous precursor material obtained after the previous stages, respectively provides the microporous, mesoporous or fine amorphous material. The steps are described below: a) A hydroalcoholic solution is prepared A. Solution A may contain , in addition to water and an attractant compound, an alkaline or quaternary ammonium hydroxide, alcohols, polyalcohols, carboxypolyalcohols, aminoalcohols, aminopolyalcohols or mixtures thereof and, eventually, amines or polyamines; All these organic compounds can be straight or branched chain, varying the number of carbon atoms of each chain between 1 and 6 and, in addition, they must be miscible with each other and with water in the proportions and conditions in which it is defined and used Solution A for the purpose of preparing the materials object of the invention.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
b) En una porción suficiente de la disolución A se disuelven los reactivos fuente de los metales y/o metaloides implicados en la formulación. La concentración total molar máxima en metales y/o metaloides es la del compuesto formador de atranos. El líquido así preparado se denomina Bl. c) El líquido Bl se destila y se eliminan todas las fracciones de punto de ebullición inferior a 190 °C a 1 atm (101,3 kPa). La disolución residuo se denomina Cl. d) Al resto de la disolución A se le añaden, eventualmente, sales de cationes monovalentes alcalinos M+, preferentemente sodio, o de amonio cuaternario NRjR^R^, donde R2, R3 y R4 pueden ser iguales o distintos y representan grupos orgánicos con una longitud de cadena comprendida entre 1 y 6 átomos de carbono, siendo la composición preferida aquella en que R2 = R3 = R4 = CH3; R! representa un grupo orgánico que contiene carbono e hidrógeno, saturado o insaturado, preferentemente una cadena alifática lineal o ramificada; el número de átomos de C de esta cadena puede variar entre 2 y 36 y se prefieren aquellos grupos orgánicos que contienen entre 10 y 18 átomos de carbono; como ejemplos de este agente plantilla, no limitadores del procedimiento, se pueden citar los siguientes cationes: hexadeciltrimetilamonio, dodeciltrimetilamonio, benciltrimetilamonio, dimetildidodecilamonio, hexadecilpiridinio o hexametiltrimetilfosfonio. La disolución así preparada se denomina disolución B2. e) El líquido B2 se destila y se eliminan todas las fracciones de punto de ebullición inferior a 190 °C a 1 atm (101,3 kPa). La disolución residuo se denomina C2. f) Las disoluciones Cl y C2 se mezclan bajo agitación suave y aSUBSTITUTE SHEET (RULE 26) b) In a sufficient portion of solution A, the source reagents of the metals and / or metalloids involved in the formulation are dissolved. The maximum total molar concentration in metals and / or metalloids is that of the attractant compound. The liquid thus prepared is called Bl. c) The liquid Bl is distilled and all boiling point fractions below 190 ° C at 1 atm (101.3 kPa) are removed. The residual solution is called Cl. D) To the rest of the solution A is added, optionally, salts of alkaline monovalent cations M + , preferably sodium, or quaternary ammonium NR j R ^ R ^, where R 2 , R 3 and R 4 may be the same or different and represent organic groups with a chain length between 1 and 6 carbon atoms, the preferred composition being that in which R 2 = R 3 = R 4 = CH 3 ; R ! represents an organic group containing carbon and hydrogen, saturated or unsaturated, preferably a linear or branched aliphatic chain; the number of C atoms in this chain can vary between 2 and 36 and those organic groups containing between 10 and 18 carbon atoms are preferred; As examples of this template agent, not process limitation, the following cations can be cited: hexadecyltrimethylammonium, dodecyltrimethylammonium, benzyltrimethylammonium, dimethyldidodecylammonium, hexadecylpyridinium or hexamethyltrimethylphosphonium. The solution thus prepared is called solution B2. e) Liquid B2 is distilled and all boiling point fractions below 190 ° C at 1 atm (101.3 kPa) are removed. The residual solution is called C2. f) Cl and C2 solutions are mixed under gentle agitation and
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
temperaturas comprendidas entre 10 y 150 °C. La disolución así preparada se denomina disolución C. g) La disolución C se mezcla, bajo agitación y a temperaturas comprendidas entre 5 y 100 °C, con una cierta cantidad de agua desmineralizada. La relación molar de agua al contenido total de metales conviene que esté comprendida entre los límites 25 y 175. Esta etapa proporciona como producto de la reacción una disolución, un gel o, eventualmente, una suspensión de un sólido. El producto de esta etapa se denomina D. h) El producto D se somete a un proceso térmico de envejecimiento a temperaturas comprendidas entre 20 y 190°C en recipiente abierto a reflujo o en reactor hidrotérmico a presión autógena (autoclave) durante un periodo de tiempo mínimo de 5 minutos y máximo de 15 días. Este proceso térmico proporciona un precipitado sólido. Este sólido se filtra o centrifuga, se lava con agua desmineralizada y posteriormente se seca a 25°C en desecador conteniendo preferentemente cloruro calcico. El sólido resultante se denomina M. i) El material poroso final se obtiene a partir del sólido M, por eliminación de la fracción orgánica y acuosa que pueda contener, mediante tratamiento o tratamientos térmicos sucesivos a temperaturas comprendidas entre 300°C y 600°C en atmósfera dinámica de aire sintético u oxígeno y durante un tiempo mínimo de 5 horas y máximo de 7 días.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) temperatures between 10 and 150 ° C. The solution thus prepared is called solution C. g) Solution C is mixed, with stirring and at temperatures between 5 and 100 ° C, with a certain amount of demineralized water. The molar ratio of water to the total metal content should be between limits 25 and 175. This step provides as a reaction product a solution, a gel or, possibly, a suspension of a solid. The product of this stage is called D. h) Product D is subjected to a thermal aging process at temperatures between 20 and 190 ° C in an open reflux vessel or in an autogenous pressure hydrothermal reactor (autoclave) during a period of minimum time of 5 minutes and maximum of 15 days. This thermal process provides a solid precipitate. This solid is filtered or centrifuged, washed with demineralized water and subsequently dried at 25 ° C in a desiccator preferably containing calcium chloride. The resulting solid is called M. i) The final porous material is obtained from solid M, by elimination of the organic and aqueous fraction that it may contain, by successive treatment or heat treatments at temperatures between 300 ° C and 600 ° C in a dynamic atmosphere of synthetic air or oxygen and for a minimum of 5 hours and a maximum of 7 days.
El procedimiento descrito proporciona óxidos porosos ordenados con estructura tipo tamiz molecular, en general, y, en particular, proporciona sílices mesoporosas en las que iones silicio han sido sustituidos,The described process provides ordered porous oxides with molecular sieve structure, in general, and, in particular, provides mesoporous silicas in which silicon ions have been substituted,
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
isomorfamente o no y de manera controlada, por iones de otros elementos, tanto representativos como de transición, en proporciones significativas. Si en la etapa d del procedimiento descrito no se utilizan sales de amonio cuaternario con propiedades tensoactivas la prosecución del procedimiento conduce, tras la etapa g, a un gel G. La posterior aplicación a G del tipo de proceso de envejecimiento descrito en la etapa h proporciona, en función del tipo de tratamiento térmico, materiales microporosos cristalinos heterometálicos tipo zeolita o, frecuentemente, materiales heterometálicos amorfos. A unos y otros se les somete eventualmente a un tratamiento del tipo descrito en la etapa i con la finalidad de eliminar los componentes orgánicos. El surfactante utilizado preferentemente es el bromuro de cetiltrimetilamonio (CTAB) y el pH se ajusta al rango adecuado para la formación de polianiones inorgánicos, que depende de la naturaleza de los elementos implicados. Los parámetros de reacción tales como temperatura, tiempo y concentraciones de los reactivos deben optimizarse en función del sistema estudiado. En cualquier caso, para la obtención de la mayor parte de los materiales descritos en la presente invención se utilizan proporciones molares próximas a las siguientes definidas por los valores:SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) isomorphically or not and in a controlled manner, by ions of other elements, both representative and transitional, in significant proportions. If, in step d of the described process, quaternary ammonium salts with surfactant properties are not used, the continuation of the procedure leads, after step g, to a G gel. The subsequent application to G of the type of aging process described in step h it provides, depending on the type of heat treatment, zeolite-type crystalline microporous materials, or, frequently, amorphous heteromethalic materials. They are eventually subjected to a treatment of the type described in step i in order to eliminate the organic components. The surfactant preferably used is cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) and the pH is adjusted to the appropriate range for the formation of inorganic polyanions, which depends on the nature of the elements involved. Reaction parameters such as temperature, time and reagent concentrations should be optimized depending on the system studied. In any case, to obtain most of the materials described in the present invention, molar proportions close to the following defined by the values are used:
Elemento implicado 2 TEA 7Element involved 2 ASD 7
Surfactante 0,6Surfactant 0.6
Agua 100-300Water 100-300
Descripción de los materiales obtenidos según la presente invención.Description of the materials obtained according to the present invention.
Los materiales porosos obtenidos por el procedimiento objeto de la presente invención, responden, en su forma anhidra, a las fórmulas composicionales I,The porous materials obtained by the process object of the present invention respond, in their anhydrous form, to the compositional formulas I,
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
Il y HI:SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) Il and HI:
(Si02)1.x(AmOn)x/m (M20)z (D(Si0 2 ) 1 . x (A m O n ) x / m (M 2 0) z (D
(Si02)].x((AmOn)1.y(A'm,On,)my/m.)x/m(M20)z αD(Si0 2 ) ] . x ((A m O n ) 1. y (A ' m , O n ,) my / m .) x / m (M 2 0) z αD
(A^O^^CP^^A'Λ ^ ^CMa ), (III)(A ^ O ^^ CP ^^ A'Λ ^ ^ CM a ), (III)
En las fórmulas I, II y/o III, x, y, z representan fracciones molares que definen la composición empírica del material poroso anhidro y toman valores reales definidos por las condiciones siguientes:In formulas I, II and / or III, x, y, z represent molar fractions that define the empirical composition of the anhydrous porous material and take actual values defined by the following conditions:
• x es un número entre 0 y 1 ; • y es un número mayor que 0 y menor que 1 ;• x is a number between 0 and 1; • y is a number greater than 0 and less than 1;
• z es un número inferior a x/2 en el caso de las composiciones de las formulas I y II; en el caso de la fórmula III, z es inferior a (1-x).• z is a number less than x / 2 in the case of the compositions of formulas I and II; in the case of formula III, z is less than (1-x).
En las fórmulas I, II y /o III, A y A' representan metales de valencia p y p', igual o diferente entre sí, escogidos de entre los de los grupos siguientes: • Cualquiera perteneciente al grupo 3B preferentemente B y Al.In formulas I, II and / or III, A and A 'represent metals of Valencian p and p', equal or different from each other, chosen from among those of the following groups: • Any belonging to group 3B preferably B and Al.
• Cualquiera perteneciente al grupo 3 A preferentemente Se, Y, La y los lantánidos.• Anyone belonging to group 3 A preferably Se, Y, La and the lanthanides.
• Cualquiera perteneciente al grupo 4B_preferentemente Ge, Sn y Pb.• Anyone belonging to group 4B_ preferably Ge, Sn and Pb.
• Cualquiera perteneciente al grupo 5B_preferentemente P y Bi. • Cualquiera perteneciente al grupo 4A_preferentemente Ti y Zr.• Anyone belonging to group 5B_ preferably P and Bi. • Anyone belonging to group 4A_ preferably Ti and Zr.
• Cualquiera perteneciente al grupo 5 A preferentemente V.• Anyone belonging to group 5 A preferably V.
• Cualquiera perteneciente al grupo 6A_preferentemente Mo.• Anyone belonging to group 6A_preferably Mo.
• Cualquiera perteneciente al grupo 7A preferentemente Mn.• Anyone belonging to group 7A preferably Mn.
• Cualquiera perteneciente al grupo 8_preferentemente Fe, Co y Ni. • Cualquiera perteneciente al grupo lB_preferentemente Cu.• Anyone belonging to the group 8_ preferably Fe, Co and Ni. • Anyone belonging to the group lB_ preferably Cu.
• Cualquiera perteneciente al grupo 2B_preferentemente Zn.• Anyone belonging to group 2B_ preferably Zn.
En las fórmulas de los compuestos I, II y III, los subíndices m, m' , n y n'In the formulas of compounds I, II and III, the subscripts m, m ', n and n'
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
representan números de átomos por formula que satisfacen las relaciones: mp=2n m'ρ'=2n'. M representa uno o varios elementos monovalentes, preferentemente Na.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) they represent numbers of atoms per formula that satisfy the relations: mp = 2n m'ρ '= 2n'. M represents one or more monovalent elements, preferably Na.
Los materiales porosos de esta invención tienen una composición, en forma anhidra, que se expresa por las respectivas fórmulas empíricas, que son: • Para silicotitanatos mesoporosos (SiO^TiO,), (M20)z O≤x≤l; z<0,01 especialmenteThe porous materials of this invention have a composition, in anhydrous form, which is expressed by the respective empirical formulas, which are: • For mesoporous silicotitates (SiO ^ TiO,), (M 2 0) z O≤x≤l; z <0.01 especially
0,005 < x < 0,40; z < 0,01 y en concreto x= 1,00; z≤0,010.005 <x <0.40; z <0.01 and specifically x = 1.00; z≤0.01
• Para silicoaluminatos porosos (SiO^ Al )^ (M20)z O≤x≤l; z≤x/2 especialmente• For porous silicoaluminatos (SiO ^ Al) ^ (M 2 0) z O≤x≤l; z≤x / 2 especially
0,001 < x ≤ 0,485; z < 0,02 y en concreto x= 1,00; z≤0,010.001 <x ≤ 0.485; z <0.02 and specifically x = 1.00; z≤0.01
• Para otros silicometalatos porosos cuaternarios (Si02)1.x(AmOn)x/m(M20)2 Si A = B: 0,01 <x< 0,10; z < x/2 y especialmente• For other quaternary porous silicomethalates (Si0 2 ) 1 . x (A m O n ) x / m (M 2 0) 2 If A = B: 0.01 <x <0.10; z <x / 2 and especially
0,01 < x < 0,065; z < 0.010.01 <x <0.065; z <0.01
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
Si A = Sn:SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) If A = Sn:
0,01 ≤x < 0,25; z<0,01 y especialmente0.01 ≤x <0.25; z <0.01 and especially
0,01 ≤x < 0,165; z < 0,01 Si A = Zr:0.01 ≤x <0.165; z <0.01 If A = Zr:
0,01 ≤x < 1; z≤0,01 y especialmente0.01 ≤x <1; z≤0.01 and especially
0,01 ≤ x < 0,77; z ≤ 0,01 Si A = V : 0,01 ≤ x < 0,25; z ≤ 0,01 y especialmente0.01 ≤ x <0.77; z ≤ 0.01 If A = V: 0.01 ≤ x <0.25; z ≤ 0.01 and especially
0,01 ≤ x < 0,20; z ≤ 0,01 Si A = Mo:0.01 ≤ x <0.20; z ≤ 0.01 If A = Mo:
0,01 < x < 0,20; z < 0,01 y especialmente0.01 <x <0.20; z <0.01 and especially
0,01 ≤x < 0,15; z<0,01 Si A = Mn:0.01 ≤x <0.15; z <0.01 If A = Mn:
0,01 < x < 0,30; z ≤ 0,01 y especialmente 0,01 ≤ x < 0,25; z ≤ 0.010.01 <x <0.30; z ≤ 0.01 and especially 0.01 ≤ x <0.25; z ≤ 0.01
Si A = Fe:If A = Faith:
0,01 ≤x < 0,15; z≤0,01 y especialmente0.01 ≤x <0.15; z≤0.01 and especially
0,01 ≤x < 0,10; z≤0,01 Si A = Co:0.01 ≤x <0.10; z≤0.01 If A = Co:
0,01 ≤x < 0,15; z≤O.Ol0.01 ≤x <0.15; z≤O.Ol
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
y especialmenteSUBSTITUTE SHEET (RULE 26) and especially
0,01 ≤x < 0,05; z≤0,01 Si A = Ni:0.01 ≤x <0.05; z≤0.01 If A = Ni:
0,01 ≤x < 0,15; z≤0,01 y especialmente0.01 ≤x <0.15; z≤0.01 and especially
0,01 ≤x < 0,10; z≤0,01 Si A = Cu:0.01 ≤x <0.10; z≤0.01 If A = Cu:
0,01 ≤x < 0,10; z≤0,01 y especialmente 0,01 ≤ x < 0,05; z < 0,010.01 ≤x <0.10; z≤0.01 and especially 0.01 ≤ x <0.05; z <0.01
Si A = Zn:If A = Zn:
0,01 ≤ x < 0,20; z ≤ 0,01 y especialmente0.01 ≤ x <0.20; z ≤ 0.01 and especially
0,01 ≤x < 0,15; z≤0,01 • Para süicotitanoaluminatos porosos0.01 ≤x <0.15; z≤0.01 • For porous sicotitanoaluminatos
(SiO^ CAl )^ (TiO^ (M20)z 0,001<x< 0,485; O≤y≤l; z≤x(l-y)/2 • Para otros silicometalatos porosos quinarios(SiO ^ CAl) ^ (TiO ^ (M 2 0) z 0.001 <x <0.455;O≤y≤l; z≤x (ly) / 2 • For other quinary porous silicomethalates
(Si02)l4( i02)1^(Zt02)y)x(M2θ)z 0,005 < x < 0,50; O≤y≤ 1; z<0,01(Si0 2 ) l4 (i0 2 ) 1 ^ (Zt0 2 ) y ) x (M2θ) z 0.005 <x <0.50; O≤y≤ 1; z <0.01
(SiO^ZrO^ (V205)y/2)x (M20)z (SiO ^ ZrO ^ (V 2 0 5 ) y / 2 ) x (M 2 0) z
0,001 ≤x≤0,485;0≤y<0, 15; z≤0,010.001 ≤x≤0.485; 0≤y <0.15; z≤0.01
(SiO^^íCZnO^CNiO^d^O),(SiO ^^ íCZnO ^ CNiO ^ d ^ O),
0,001 ≤ x < 0,15; 0 ≤ y ≤ 0,15; z ≤ 0,01 (SiO^^ÍCM O^^iO^CMaO),0.001 ≤ x <0.15; 0 ≤ and ≤ 0.15; z ≤ 0.01 (SiO ^^ ÍCM O ^^ iO ^ CMaO),
0,001 ≤ x ≤ 0,15; 0 ≤ y ≤ 0,13; z ≤ 0,010.001 ≤ x ≤ 0.15; 0 ≤ and ≤ 0.13; z ≤ 0.01
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
• Para aluminofosfatos porososSUBSTITUTE SHEET (RULE 26) • For porous aluminophosphates
(Al203)I.x((P205)1.y(A'mOn>)2y/m,)x(M20)z 0,001 ≤ x ≤ 0,80; O≤y≤l; z ≤ (l-x)/2 especialmente Si y = 0 (ALPOs)(At 2 0 3 ) I. x ((P 2 0 5 ) 1. y (A ' m O n> ) 2y / m ,) x (M 2 0) z 0.001 ≤ x ≤ 0.80; O≤y≤l; z ≤ (lx) / 2 especially if y = 0 (ALPOs)
0,15 ≤x < 0,50 z≤0,010.15 ≤x <0.50 z≤0.01
Si A' = TiIf A '= Ti
0,15 ≤x < 0,50; O≤y≤ 0,2; z≤0,01 y especialmente 0,15 ≤x < 0,40; 0≤y≤0,l; z≤0,010.15 ≤x <0.50; O≤y≤ 0.2; z≤0.01 and especially 0.15 ≤x <0.40; 0≤y≤0, l; z≤0.01
Si A' = Si (SAPOs)Yes A '= Yes (SAPOs)
0,15 ≤x < 0,80; O≤y≤ 0,8; z≤0,01 y especialmente0.15 ≤x <0.80; O≤y≤ 0.8; z≤0.01 and especially
0,15 ≤x < 0,65; 0≤y≤O,65; z≤0,010.15 ≤x <0.65; 0≤y≤O, 65; z≤0.01
Además de su composición química, otras características distintivas de todos los materiales mesoporosos de las composiciones arriba descritas son:In addition to their chemical composition, other distinguishing features of all mesoporous materials of the compositions described above are:
• Presentar diagramas de difracción de rayos X en los que al menos un pico corresponda a un valor de espaciado reticular superior a 1,8 nm. • Poseer una distribución de poros unimodal, con diámetro medio, dBJH, superior a 1 nm, típicamente próximo a 2,5 nm y generalmente inferior a 4 nm. Adicionalmente, la distribución del diámetro de poro en cada material monofásico no excede del 20% del valor medio del diámetro de poro. • Poseer una estructura de empaquetamiento hexagonal, propia de los materiales porosos tipo MCM-41, para valores relativamente pequeños de x, pero, también, por perder paulatinamente la mencionada• Present X-ray diffraction diagrams in which at least one peak corresponds to a reticular spacing value greater than 1.8 nm. • Have a unimodal pore distribution, with a mean diameter, d BJH , greater than 1 nm, typically close to 2.5 nm and generally less than 4 nm. Additionally, the distribution of the pore diameter in each single phase material does not exceed 20% of the average pore diameter value. • Have a hexagonal packing structure, typical of porous materials type MCM-41, for relatively small values of x, but also for gradually losing the aforementioned
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
topología hexagonal y llegar a adquirir la denominada comúnmente tipo gusano ("wormhole-lü e") al aumentar los valores de x y/o y. La topología tipo hexagonal y la topología tipo gusano pueden distinguirse mediante micrografías de TEM • Los silicotitanatos y los silicotitanoaluminatos porosos, además de las características anteriores, poseen un espectro RD-UV en el que se observa una banda de absorción centrada en 220+10 nm y, eventualmente, una segunda banda centrada en 270 + 10 nm. Estas bandas indican la incorporación de titanio en el retículo; la primera indica la presencia de titanio con una coordinación inferior a seis oxígenos y la segunda es indicativa de la presencia de titanio hexacoordinado a oxígenos. La presencia de titanio penta o tetracoordinado en el retículo de estos materiales se infiere también del aumento de intensidad de la banda de absorción localizada a 960+5 cm" 1 en sus espectros IR con el aumento de la proporción de titanio en sus composiciones.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) Hexagonal topology and get to acquire the so-called commonly worm type ("wormhole-lü e") by increasing the values of x and / or y. The hexagonal type topology and the worm type topology can be distinguished by TEM micrographs • The silicotitanatos and the porous silicotitanoaluminatos, in addition to the above characteristics, have an RD-UV spectrum in which an absorption band centered at 220 + 10 nm is observed and, eventually, a second band centered at 270 + 10 nm. These bands indicate the incorporation of titanium in the reticulum; the first indicates the presence of titanium with less than six oxygen coordination and the second is indicative of the presence of hexacoordinated oxygen to titanium. The presence of penta or tetracoordinated titanium in the lattice of these materials is also inferred from the increase in intensity of the localized absorption band to 960 + 5 cm " 1 in its IR spectra with the increase in the proportion of titanium in its compositions.
• Los silicotitanatos mesoporosos, en particular, además de las características anteriores, poseen, para todo el rango de x detallado, una superficie de área específica superior a 590 m2g_1, que es superior a 950 m2 g"1 cuando estos materiales tienen composiciones correspondientes a valores de x inferiores a 0,05.• Mesoporous silicotitates, in particular, in addition to the above characteristics, have, for the entire range of detailed x, a surface area of specific area greater than 590 m 2 g _1 , which is greater than 950 m 2 g "1 when these materials they have compositions corresponding to values of x less than 0.05.
• Los silicotitanatos mesoporosos referidos en la presente invención constituyen materiales que catalizan la oxidación selectiva de productos orgánicos. • Todos los silicometalatos mesoporosos mencionados mantienen sus características y son estables tras tratamientos térmicos a temperaturas inferiores o iguales a 600 °C en atmósfera de aire durante al menos 24• The mesoporous silicotitates referred to in the present invention constitute materials that catalyze the selective oxidation of organic products. • All mentioned mesoporous silicomethalates retain their characteristics and are stable after heat treatments at temperatures below or equal to 600 ° C in an air atmosphere for at least 24
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
horas.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) hours.
Las zeolitas, materiales microporosos, poseen típicamente relaciones molares (Si02/Al203) superior a 2, o (SiO^TiOj) superior a 65 y poros uniformes de diámetro entre 4 a 15 Angstroms; además de Al o Ti otros heteroátomos como V, Zr, B poseen interés como sustituyentes reticulares del silicio por las propiedades catalíticas que confieren a la zeolita. El procedimiento de esta invención conduce a la hidrólisis simultánea del silicio y los heteroátomos, lo que proporciona entornos de coordinación inferior a seis e para estos últimos; es decir, facilita y optimiza la incorporación del heteroátomo al retículo silíceo. El potencial preparativo es enorme y virtualmente es abordable la síntesis de muchas zeolitas. En general el uso de compuestos orgánicos de bajo peso molecular con efecto plantilla, en particular los hidróxidos de alquilamonio cuaternario de cadena corta en el procedimiento preparativo, conduce a materiales microporosos.Zeolites, microporous materials, typically have molar ratios (Si0 2 / Al 2 0 3 ) greater than 2, or (SiO ^ TiO j ) greater than 65 and uniform pores of diameter between 4 to 15 Angstroms; In addition to Al or Ti, other heteroatoms such as V, Zr, B have an interest as silicon reticular substituents for the catalytic properties that confer zeolite. The process of this invention leads to the simultaneous hydrolysis of silicon and heteroatoms, which provides coordination environments of less than six e for the latter; that is, it facilitates and optimizes the incorporation of the heteroatom into the siliceous reticulum. The preparatory potential is enormous and virtually the synthesis of many zeolites is approachable. In general, the use of low molecular weight organic compounds with a template effect, in particular the short chain quaternary alkylammonium hydroxides in the preparative process, leads to microporous materials.
Utilización de los materiales obtenidos según la presente invenciónUse of the materials obtained according to the present invention
La presente invención proporciona materiales de porosidad controlada por una parte, y por otra de excelente homogeneidad de composición independientemente de su microestructura, topología o porosidad. Las propiedades derivadas de la porosidad y su orden se refieren por ejemplo a su uso como adsorverntes y /o tamices moleculares. Por otra parte los usos como catalizadores dependen mucho de la naturaleza, distribución y geometría de los elementos o grupos activos en el material. La homogeneidad composicional de los materiales, promovida por la metodología preparativa que aquí se propone, resulta particularmenteThe present invention provides porosity materials controlled on the one hand, and on the other of excellent homogeneity of composition regardless of its microstructure, topology or porosity. The properties derived from porosity and its order refer, for example, to its use as adsorbers and / or molecular sieves. On the other hand, the uses as catalysts depend a lot on the nature, distribution and geometry of the active elements or groups in the material. The compositional homogeneity of the materials, promoted by the preparative methodology proposed here, is particularly
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
adecuada a su uso en diversas reacciones catalíticas. En particular los silicometalatos porosos preparados por el procedimiento que se reivindica, en los que el metal que acompaña al silicio es Ti, Zr, V o Mo, son catalizadores activos y selectivos en reacciones concretas de oxidación deSUBSTITUTE SHEET (RULE 26) suitable for use in various catalytic reactions. In particular, the porous silicomethalates prepared by the claimed process, in which the metal that accompanies the silicon is Ti, Zr, V or Mo, are active and selective catalysts in concrete oxidation reactions of
5 compuestos orgánicos. En particular, la aplicación del procedimiento de esta invención a la preparación de un silicotitanato mesoporoso cuando la relación entre las fracciones molares del agente plantilla tetraalquilamonio con actividad tensoactiva y del total de metales está comprendida entre 0,3 y 1 ,0; adicionalmente cuando la disolución hidroalcohólica de metalatranos se 0 prepara o se pone en contacto con un hidróxido alcalino de modo que la relación entre las fracciones molares del elemento alcalino y del total de metales esté comprendida entre 10"6 y 5.10"1, conduce a un material adecuado para su uso en la oxidación selectiva de productos orgánicos. Dicho material comprende una fase mesoporosa ordenada caracterizada por5 organic compounds In particular, the application of the process of this invention to the preparation of a mesoporous silicotitanate when the ratio between the molar fractions of the tetraalkylammonium template agent with surfactant activity and of the total metals is between 0.3 and 1.0; additionally when the hydroalcoholic solution of metalatrans is prepared or contacted with an alkali hydroxide so that the ratio between the molar fractions of the alkaline element and of the total metals is between 10 "6 and 5.10 " 1 , leads to a material suitable for use in the selective oxidation of organic products. Said material comprises an ordered mesoporous phase characterized by
15 poseer al menos un pico de difracción a un espaciado d mayor que 1,8 nm, con poros de diámetro superior a 1,0 nm e inferior a 20 nm y cuyo retículo está compuesto de óxidos de silicio y titanio; además el material posee una intensa banda espectral en el infrarrojo a 960±5 cm'1 y otras en el rango espectral del ultravioleta próximo a 220 ±10 nm y, eventualmente, a15 have at least one diffraction peak at a spacing d greater than 1.8 nm, with pores with a diameter greater than 1.0 nm and less than 20 nm and whose reticulum is composed of silicon and titanium oxides; In addition, the material has an intense spectral band in the infrared at 960 ± 5 cm '1 and others in the ultraviolet spectral range close to 220 ± 10 nm and, eventually, at
20 270+10 nm, que indican la presencia de titanio reticular; además el material tiene una composición acorde con la formulación estequiométrica:20 270 + 10 nm, indicating the presence of reticular titanium; In addition, the material has a composition according to the stoichiometric formulation:
(ZO^^Al^^iO^La (M20)z donde Z02 es un óxido en el que Z representa uno o más cationes con valencia 4, siempre Si4+ y, opcionalmente, Ge4+, Sn + o Pb4+; 25 donde M20 es un óxido en el que M representa uno o más cationes intercambiables por iones de entre el conjunto H+, Na+ y K+; y donde los coeficientes estequiométricos x, y, z pueden tomar valores(ZO ^^ Al ^^ iO ^ La (M 2 0) z where Z0 2 is an oxide in which Z represents one or more cations with valence 4, always Si 4+ and, optionally, Ge 4+ , Sn + o Pb 4+ ; 25 where M 2 0 is an oxide in which M represents one or more cations interchangeable by ions from the set H + , Na + and K + ; and where the stoichiometric coefficients x, y, z can take values
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
limitados por las condiciones siguientesSUBSTITUTE SHEET (RULE 26) limited by the following conditions
0,001 < x ≤ 0,485; (1-y) ≤ 10"4; z ≤ 0,010.001 <x ≤ 0.485; (1-y) ≤ 10 "4 ; z ≤ 0.01
Descripción de las figuras Figura 1.Description of the figures Figure 1.
Variación del pico de difracción de rayos X d100 (círculos blancos) y de la superficie BET (círculos negros) de los silicoaluminatos mesoporosos de los ejemplos 4 y 5 con la relación molar Al/Si en el sólido mesoporoso final.Variation of the 100 x-ray diffraction peak (white circles) and the BET surface (black circles) of the mesoporous silicoaluminations of Examples 4 and 5 with the Al / Si molar ratio in the final mesoporous solid.
Figura 2. Imágenes de TEM de silicoaluminatos mesoporosos con relaciones Si/ Al =Figure 2. TEM images of mesoporous silicoaluminatos with Si / Al = ratios
13,9 en imagen a (producto del ejemplo 4), Si/ Al = 1,45 en imagen b, y13.9 in image a (product of example 4), Si / Al = 1.45 in image b, and
Si/ Al = 1,06 en imagen c (producto del ejemplo 5).Si / Al = 1.06 in image c (product of example 5).
Figura 3.Figure 3
Variación del pico de difracción de rayos X d100 (círculos blancos) y de la superficie BET (círculos negros) de los silicotitanatos mesoporosos de los ejemplos 6 y 7 con la relación molar Ti/Si en el sólido mesoporoso final.Variation of the d-ray diffraction peak d 100 (white circles) and the BET surface (black circles) of the mesoporous silicotitates of Examples 6 and 7 with the Ti / Si molar ratio in the final mesoporous solid.
Figura 4.Figure 4
Imágenes de TEM de las sílices puras del ejemplo 1 con topologías: laminarTEM images of pure silicas from example 1 with topologies: laminar
(imagen a), hexagonal ordenada (imagen b) y hexagonal desordenada (imagen c). Los recuadros muestran una ampliación (x 2) de áreas seleccionadas.(image a), ordered hexagon (image b) and disordered hexagonal (image c). The boxes show an enlargement (x 2) of selected areas.
Figura 5.Figure 5
Espectros de difracción de rayos X (radiación CuK ) de las sílices puras mesoestructuradas obtenidas con valores de x=0 en el difractograma a, x= 1,0 en el difractograma b, x= 1,5 en el difractograma c, x= 3,0 en el difractograma d y x= 4,5 en el difractograma e. Los difractogramas a, b y e corresponden a los productos del ejemplo 1.X-ray diffraction spectra (CuK radiation) of pure mesostructured silicas obtained with values of x = 0 in the diffractogram a, x = 1.0 in the diffractogram b, x = 1.5 in the diffractogram c, x = 3 , 0 in the diffractogram dyx = 4.5 in the diffractogram e. The diffractograms a, b and e correspond to the products of example 1.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
Figura 6.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) Figure 6
Imágenes de TEM de alúminas mesoporosas. Imagen a: producto con diámetro de poro de 3,3 nm (correspondiente al sólido descrito en el ejemplo 2). Imagen b: producto con diámetro de poro de 6,9 nm. Figura 7. Isotermas de adsorción-desorción de nitrógeno de las alúminas mesoporosas.TEM images of mesoporous aluminas. Image a: product with a pore diameter of 3.3 nm (corresponding to the solid described in example 2). Image b: product with pore diameter of 6.9 nm. Figure 7. Nitrogen adsorption-desorption isotherms of mesoporous aluminas.
Curva a: producto con diámetro de poro de 3,3 nm (correspondiente al sólido descrito en el ejemplo 2). Curva b: producto con diámetro de poro de 6,9 nm. Figura 8.Curve a: product with a pore diameter of 3.3 nm (corresponding to the solid described in example 2). Curve b: product with a pore diameter of 6.9 nm. Figure 8
Variación del tamaño de poro (recta a) y del pico de difracción de rayos X d100 (recta b) de alúminas mesoporosas descritas en el ejemplo 2 con la relación H20/TEA en el medio de reacción.Variation of the pore size (line a) and the X-ray diffraction peak d 100 (line b) of mesoporous aluminas described in Example 2 with the ratio H 2 0 / TEA in the reaction medium.
Figura 9. Isoterma de adsorción-desorción de nitrógeno del óxido de titanio mesoporoso del ejemplo 3. En el recuadro se muestra la distribución de tamaño de poro.Figure 9. Nitrogen adsorption-desorption isotherm of mesoporous titanium oxide of Example 3. The pore size distribution is shown in the box.
Figura 10.Figure 10
Espectros de difracción de rayos X (radiación CuKα) (a bajos y altos ángulos) del óxido de titanio mesoporoso del ejemplo 3 calcinado a 350°CX-ray diffraction spectra (CuKα radiation) (at low and high angles) of the mesoporous titanium oxide of example 3 calcined at 350 ° C
(difractogramas a), y a 500°C (difractogramas b). A ángulos altos (24 a 28 grados) se observa un pico ancho característico de microdominios de anatasa(diffractograms a), and at 500 ° C (diffractograms b). At high angles (24 to 28 degrees) a characteristic wide peak of anatase microdomains is observed
(difractogramas a) que aumenta en intensidad y definición al calcinar el material a 500°C (difractogramas b). Figura ll.(diffractograms a) that increases in intensity and definition when the material is calcined at 500 ° C (diffractograms b). Figure ll.
Espectros de difracción de rayos X (radiación CuKα) de silicoaluminatos mesoporosos con relaciones molares Si/ Al = 13,9 (difractograma a)X-ray diffraction spectra (CuKα radiation) of mesoporous silicoaluminatos with molar ratios Si / Al = 13.9 (diffractogram a)
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
(producto del ejemplo 4) (difractograma b); Si Al = 8,17 (difractograma c); Si/ Al = 4,51 (difractograma d); Si/ Al = 1,45 (difractograma e); y Si/ Al = 1,06 (producto del ejemplo 5) (difractograma f). Figura 12. Isotermas de adsorción-desorción de nitrógeno de silicoaluminatos mesoporosos con relaciones molares Si/ Al = ∞ (curva a); Si/ Al = 13,9 (producto del ejemplo 4) (curva b); Si/ Al = 4,51 (curva c); Si/ Al = 1,06 (producto del ejemplo 5) (curva d). Figura 13. Espectros de difracción de rayos X (radiación CuKα) de silicotitanatos mesoporosos con relaciones molares Si/Ti = 50,0 (difractograma a) (producto del ejemplo 6); Si/Ti = 34,9 (difractograma b); Si/Ti = 19,0 (difractograma c); Si/Ti = 8,0 (difractograma d): Si/Ti = 3,2 (difractograma e); Si/Ti = 1,9 (producto del ejemplo 7) (difractograma f). Figura 14.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) (product of example 4) (diffractogram b); If Al = 8.17 (diffractogram c); Si / Al = 4.51 (diffractogram d); Si / Al = 1.45 (diffractogram e); and Si / Al = 1.06 (product of example 5) (diffractogram f). Figure 12. Nitrogen adsorption-desorption isotherms of mesoporous silicoaluminates with molar ratios Si / Al = ∞ (curve a); Si / Al = 13.9 (product of example 4) (curve b); Si / Al = 4.51 (curve c); Si / Al = 1.06 (product of example 5) (curve d). Figure 13. X-ray diffraction spectra (CuKα radiation) of mesoporous silicotitates with molar ratios Si / Ti = 50.0 (diffractogram a) (product of example 6); Si / Ti = 34.9 (diffractogram b); Si / Ti = 19.0 (diffractogram c); Si / Ti = 8.0 (diffractogram d): Si / Ti = 3.2 (diffractogram e); Si / Ti = 1.9 (product of example 7) (diffractogram f). Figure 14
Isotermas de adsorción-desorción de nitrógeno de silicotitanatos mesoporosos con relaciones molares Si/Ti = 50,0 (curva a) (producto del ejemplo 6); Si/Ti = 34,9 (curva b); Si/Ti = 19,0 (curva c); Si/Ti = 8,0 (curva d); Si/Ti = 1,9 (producto del ejemplo 7) (curva e). Figura 15.Nitrogen adsorption-desorption isotherms of mesoporous silicotitates with molar ratios Si / Ti = 50.0 (curve a) (product of example 6); Si / Ti = 34.9 (curve b); Si / Ti = 19.0 (curve c); Si / Ti = 8.0 (curve d); Si / Ti = 1.9 (product of example 7) (curve e). Figure 15
Imágenes de TEM de silicotitanatos mesoporosos con topología tipo "gusano" y relaciones molares Si/Ti = 34,9 (imagen a); Si/Ti = 19,0 (imagen b); Si/Ti = 1,9 (producto del ejemplo 7) (imagen c). Figura 16. Espectros de refractancia difusa en la zona ultravioleta visible (RD-UV), de silicotitanatos mesoporosos con relaciones molares Si/Ti = 50,0 (producto del ejemplo 6) (espectro a); Si/Ti = 34,9 (espectro b); Si/Ti = 19,0TEM images of mesoporous silicotitates with "worm" type topology and Si / Ti molar ratios = 34.9 (image a); Si / Ti = 19.0 (image b); Si / Ti = 1.9 (product of example 7) (image c). Figure 16. Diffuse refractive spectra in the visible ultraviolet zone (RD-UV) of mesoporous silicotitates with Si / Ti molar ratios = 50.0 (product of example 6) (spectrum a); Si / Ti = 34.9 (spectrum b); Si / Ti = 19.0
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
(espectro c); Si/Ti = 8,0 (espectro d); Si/Ti = 1,9 (producto del ejemplo 7)SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) (spectrum c); Si / Ti = 8.0 (spectrum d); Si / Ti = 1.9 (product of example 7)
(espectro e).(spectrum e).
Figura 17.Figure 17
Espectros de difracción de rayos X (radiación CuKα) de silicocirconatos mesoporosos con distintas relaciones molares Si/Zr. En concreto, los espectros etiquetados como Si/Zr = 10 y Si/Zr =3 corresponden a los productos de los ejemplos 8 y 9, respectivamente.X-ray diffraction spectra (CuKα radiation) of mesoporous silicocirconate with different Si / Zr molar ratios. Specifically, the spectra labeled Si / Zr = 10 and Si / Zr = 3 correspond to the products of examples 8 and 9, respectively.
Figura 18.Figure 18
Imágenes de TEM de silicocirconatos mesoporosos con relaciones Si/Zr = 10,0 (producto del ejemplo 8) (imagen a); Si/Zr = 5,0 (imagen b); Si/Zr =TEM images of mesoporous silicocirconate with Si / Zr ratios = 10.0 (product of example 8) (image a); Si / Zr = 5.0 (image b); Yes / Zr =
3,3 (producto del ejemplo 9) (imagen c).3.3 (product of example 9) (image c).
Figura 19.Figure 19
Isotermas de adsorción-desorción de nitrógeno de silicocirconatos mesoporsos con relaciones molares Si/Zr = 10,0 (producto del ejemplo 8) (curva a); Si/Zr = 3,3 (producto del ejemplo 9) (curva b).Nitrogen adsorption-desorption isotherms of mesoporsal silicocirconate with molar ratios Si / Zr = 10.0 (product of example 8) (curve a); Si / Zr = 3.3 (product of example 9) (curve b).
Figura 20.Figure 20
Espectros de difracción de rayos X (radiación CuKα) de silicovanadatos mesoporosos con distintas relaciones molares Si/V. En concreto los espectros etiquetados como Si/V= 30 y Si/V= 5 corresponden a los productos de los ejemplos 10 y 11, respectivamente.X-ray diffraction spectra (CuKα radiation) of mesoporous silicovanadates with different Si / V molar ratios. Specifically, the spectra labeled Si / V = 30 and Si / V = 5 correspond to the products of examples 10 and 11, respectively.
Figura 21.Figure 21
Imágenes de TEM de silicovanadatos mesoporosos con relaciones Si/V =TEM images of mesoporous silicovanadates with Si / V = ratios
30,0 (producto del ejemplo 10) (imagen a); Si/V = 9,0 (imagen b); Si/V =30.0 (product of example 10) (image a); Si / V = 9.0 (image b); Yes / V =
5,0 (producto del ejemplo 11) (imagen c). Figura 22.5.0 (product of example 11) (image c). Figure 22
Isotermas de adsorción-desorción de nitrógeno de silicovanadatos mesoporsos con relaciones molares Si/V = 30,0 (producto del ejemplo 10) (gráfico a);Nitrogen adsorption-desorption isotherms of mesoporsal silicovanadates with molar ratios Si / V = 30.0 (product of example 10) (graph a);
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
Si/V = 5,0 (producto del ejemplo 11) (gráfico b).SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) Si / V = 5.0 (product of example 11) (graph b).
Figura 23.Figure 23
Espectros de difracción de rayos X (radiación CuKα) de siliconiquelatos mesoporosos con distintas relaciones molares Si/Ni. En concreto, los espectros etiquetados como Si/Ni = 29 y Si/Ni = 12 corresponden a los productos de los ejemplos 12 y 13, respectivamente.X-ray diffraction spectra (CuKα radiation) of mesoporous siliconiquelates with different Si / Ni molar ratios. Specifically, the spectra labeled Si / Ni = 29 and Si / Ni = 12 correspond to the products of examples 12 and 13, respectively.
Figura 24.Figure 24
Imágenes de TEM de siliconiquelatos mesoporosos con relaciones Si/Ni =TEM images of mesoporous siliconiquelates with Si / Ni ratios =
29,0 (producto del ejemplo 12) (imagen a); Si/Ni = 25,0 (imagen b); Si/Ni = 12,0 (producto del ejemplo 13) (imagen c).29.0 (product of example 12) (image a); Si / Ni = 25.0 (image b); Si / Ni = 12.0 (product of example 13) (image c).
Figura 25.Figure 25
Isotermas de adsorción-desorción de nitrógeno de siliconiquelatos mesoporsos con relaciones molares Si/Ni = 29,0 (producto del ejemplo 12) (gráfico a);Nitrogen adsorption-desorption isotherms of mesoporous siliconiquelates with molar ratios Si / Ni = 29.0 (product of example 12) (graph a);
Si/Ni = 12,0 (producto del ejemplo 13) (gráfico b). Figura 26.Si / Ni = 12.0 (product of example 13) (graph b). Figure 26
Espectros de difracción de rayos X (radiación CuKα) de silicoaluminotitanato con relación molar Si/Ti = 2,7, Si/Al= 5 (producto del ejemplo 14) mesoestructurado (difractograma a) y mesoporoso (difractograma b).X-ray diffraction spectra (CuKα radiation) of silicoaluminotitanate molar ratio Si / Ti = 2.7, Si / Al = 5 (product of example 14) mesostructured (diffractogram a) and mesoporous (diffractogram b).
Espectros de difracción de rayos X de otro sólido mesoestructurado (difractograma c) y mesoporoso (difractograma d) con relación molar Si/Ti =X-ray diffraction spectra of another mesostructured solid (diffractogram c) and mesoporous (diffractogram d) with molar ratio Si / Ti =
5,5 y Si/Al= 3,9.5.5 and Si / Al = 3.9.
Figura 27.Figure 27
Isotermas de adsorción-desorción de nitrógeno y distribución de tamaño de poro de silicoalummotitanatos mesoporosos con relaciones molares Si/Ti = 2,7 y Si/Al= 5 (producto del ejemplo 14) (curvas a); Si/Ti = 5,5 y Si/Al=Nitrogen adsorption-desorption isotherms and pore size distribution of mesoporous silicoalummotitanatos with molar ratios Si / Ti = 2.7 and Si / Al = 5 (product of example 14) (curves a); Si / Ti = 5.5 and Si / Al =
3,9 (curvas b).3.9 (curves b).
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26
Figura 28.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26 Figure 28
Espectro de difracción de rayos X (radiación CuKα) del silicotitanocirconato mesoporoso del ejemplo 15. Figura 29. Isoterma de adsorción-desorción de nitrógeno y distribución de tamaño de poro del silicotitanocirconato mesoporoso del ejemplo 15. Figura 30.X-ray diffraction spectrum (CuKα radiation) of the mesoporous silicotitanocirconate of example 15. Figure 29. Nitrogen adsorption-desorption isotherm and pore size distribution of the mesoporous silicotitanocirconate of example 15. Figure 30.
Imágenes de TEM de aluminofosfatos porosos con relación molar P/Al = 0,74 (producto del ejemplo 16) (imagen a); P/Al = 0,17 (imagen b). Figura 31.TEM images of porous aluminophosphates with molar ratio P / Al = 0.74 (product of example 16) (image a); P / Al = 0.17 (image b). Figure 31
Espectros de difracción de rayos X (radiación CuKα) de aluminofosfatos porosos con relación molar P/Al = 0,74 (producto del ejemplo 16) (difractograma a); P/Al = 0,55 (difractograma b); P/Al = 0,17 (difractograma c). Figura 32.X-ray diffraction spectra (CuKα radiation) of porous aluminophosphates with molar ratio P / Al = 0.74 (product of example 16) (diffractogram a); P / Al = 0.55 (diffractogram b); P / Al = 0.17 (diffractogram c). Figure 32
Espectros de difracción de rayos X (radiación CuKα) del silicoaluminofosfato mesoporoso del ejemplo 17 (difractograma a) y de otro fosfato mixto de aluminio y titanio mesoporoso sintetizado por el mismo procedimiento (difractograma b). Figura 33.X-ray diffraction spectra (CuKα radiation) of the mesoporous silicoaluminophosphate of Example 17 (diffractogram a) and another mixed mesoporous aluminum and titanium phosphate synthesized by the same procedure (diffractogram b). Figure 33
Isotermas de adsorción-desorción de nitrógeno y distribución de tamaño de poro del silicoaluminofosfato mesoporoso del ejemplo 17 (gráfico a) y de otro fosfato mixto de aluminio y titanio mesoporoso sintetizado por el mismo procedimiento (gráfico b). Figura 34.Nitrogen adsorption-desorption isotherms and pore size distribution of the mesoporous silicoaluminophosphate of example 17 (graph a) and another mixed mesoporous aluminum and titanium phosphate synthesized by the same procedure (graph b). Figure 34
Espectro de difracción de rayos X (radiación CuKα) del producto del ejemplo 18.X-ray diffraction spectrum (CuKα radiation) of the product of Example 18.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
EjemplosSUBSTITUTE SHEET (RULE 26) Examples
En el ejemplo 1 se demuestra la influencia de las condiciones preparativas tanto en la topología de los materiales mesoestructurados precursores como en las propiedades de los correspondientes mesoporosos finales. En general, la obtención de sílices mesoporosas altamente ordenadas y con elevada estabilidad térmica requiere de tratamientos y/o post tratamientos hidrotermales (T< 180°C y presión autógena). El procedimiento objeto de la presente invención permite obtener sílices altamente ordenadas y con elevada estabilidad térmica sin necesidad de tratamientos hidrotermales. Evitar la formación de alúminas laminares constituye un desafío en la química de preparación de alúminas mesoporosas [Inoue M., Kondo Y.., Inui T., Inorg. Chem. 27 (1988) pág 215; Yada M., Machinda M., Kijima T., Chem. Commun. (1996) pág 769]. Tal tendencia se manifiesta, cuando se utilizan las metodologías preparativas convencionales, probablemente debido a la estabilización en el curso del proceso de partículas anisótropas que son precursoras de fases análogas a la bohemita [Brinker C, Scherér G., Sol Gel Science: The physics and chemistry of sol-gel processing, Academic Press, New York, 1990, pág.108; Livage J., Henry M., Sánchez C, Prog. Solid. St. Chem. 18 (1988) pág. 259]. Alguna información publicada sugiere que la preparación de alúmina mesoporosa en medio acuoso no es favorable y aconseja trabajar en medios no acuosos [Vaudry P., Khodábandeh S., Davis M., Chem. Mater. 8 (1996) pág. 1451; Bagshaw S., Pinnavaia T., Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 35 (1996) pág. 1102]. En contraste, la técnica de la presente invención permite aislar alúmina mesoporosa térmicamente estable y con diámetro de poro controlado entre 3 y 7 nm, como se muestra en el ejemplo 2.Example 1 demonstrates the influence of the preparative conditions both in the topology of the precursor mesostructured materials and in the properties of the corresponding final mesoporous materials. In general, obtaining highly ordered mesoporous silicas with high thermal stability requires treatments and / or post hydrothermal treatments (T <180 ° C and autogenous pressure). The process object of the present invention allows to obtain highly ordered silica with high thermal stability without the need for hydrothermal treatments. Preventing the formation of laminar aluminas constitutes a challenge in the preparation chemistry of mesoporous aluminas [Inoue M., Kondo Y .., Inui T., Inorg. Chem. 27 (1988) p. 215; Yada M., Machinda M., Kijima T., Chem. Commun. (1996) p. 769]. Such a tendency is manifested, when conventional preparative methodologies are used, probably due to the stabilization in the course of the anisotropic particle process that are precursors of phases analogous to the bohemite [Brinker C, Scherér G., Sol Gel Science: The physics and chemistry of sol-gel processing, Academic Press, New York, 1990, p. 108; Livage J., Henry M., Sánchez C, Prog. Solid. St. Chem. 18 (1988) p. 259]. Some published information suggests that the preparation of mesoporous alumina in aqueous medium is not favorable and advises to work in non-aqueous media [Vaudry P., Khodábandeh S., Davis M., Chem. Mater. 8 (1996) p. 1451; Bagshaw S., Pinnavaia T., Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 35 (1996) p. 1102]. In contrast, the technique of the present invention allows to isolate thermally stable mesoporous alumina with a controlled pore diameter between 3 and 7 nm, as shown in example 2.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
En las publicaciones científicas, las referencias a procedimientos de preparación de titania mesoporosa ordenada son escasas y, por otra parte, los materiales que se han obtenido incorporan impurezas de fósforo en cantidades significativas [Antonelli D., Ying J. Angew. Chem. Int. Ed. England 34, (1995), pág 2014; Putman R., et al Chem. Mater. 9, (1997), pág 2690]. El fracaso en la síntesis tiene sin duda origen en la inestabilidad termodinámica de los compuestos fuente de titanio, haluros o alcóxidos, frente a la hidrólisis. De hecho son más lábiles incluso que los compuestos similares de aluminio. La preparación de materiales Ti02 puro, mesoporosos y ordenados, es sin embargo posible utilizando el procedimiento de esta invención, como se muestra en el ejemplo 3.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) In scientific publications, references to procedures for the preparation of ordered mesoporous titania are scarce and, on the other hand, the materials that have been obtained incorporate phosphorus impurities in significant quantities [Antonelli D., Ying J. Angew. Chem. Int. Ed. England 34, (1995), p. 2014; Putman R., et al Chem. Mater. 9, (1997), p. 2690]. The failure in the synthesis has no doubt origin in the thermodynamic instability of the source compounds of titanium, halides or alkoxides, against hydrolysis. In fact they are even more labile than similar aluminum compounds. The preparation of pure, mesoporous and ordered Ti0 2 materials, however, is possible using the process of this invention, as shown in example 3.
Tras el descubrimiento de los materiales mesoporosos ricos en sílice tipo MCM-41, el control de la sustitución del silicio reticular, isomorfamente o no, por otros elementos en cantidades significativas ha sido un objetivo de interés general. En particular, el aluminio es un elemento típico de sustitución isomorfa y omnipresente en la química de las zeolitas. La sustitución en cantidades importantes sobre mesoporosos ordenados no es, sin embargo, trivial y sólo se han descrito dos procedimientos en que se aproxima el límite de sustitución teórico (Si/Al= 1) [Jannicke M. T., et al Chem. Mater. 11, (1999), pág 1342; Cabrera S., El Haskouri J., Mendioroz S., Guillem C, Latorre J., Beltrán A., Beltrán D., Marcos M. D., Amorós P., Chem. Commun. (1999) pág. 1679].After the discovery of the mesoporous materials rich in silica type MCM-41, the control of the replacement of the reticular silicon, isomorphically or not, by other elements in significant quantities has been an objective of general interest. In particular, aluminum is a typical element of isomorphic and omnipresent substitution in the chemistry of zeolites. Substitution in significant quantities over ordered mesoporous is not, however, trivial and only two procedures have been described in which the theoretical substitution limit is approximated (Si / Al = 1) [Jannicke M. T., et al Chem. Mater. 11, (1999), p. 1342; Cabrera S., The Haskouri J., Mendioroz S., Guillem C, Latorre J., Beltrán A., Beltrán D., Marcos M. D., Amorós P., Chem. Commun. (1999) p. 1679].
Mediante la presente invención, que permite adecuar la velocidad de hidrólisis del precursor de aluminio a la del de silicio, la proporción de Si/ Al puede modularse (ejemplo 4) por encima de un valor de Si/ Al mínimo de 1,06, cercano al límite teórico. El área superficial de los materiales mesoporosos sintetizados por elBy means of the present invention, which allows the hydrolysis rate of the aluminum precursor to be adapted to that of silicon, the Si / Al ratio can be modulated (example 4) above a minimum Si / At least 1.06 value to the theoretical limit. The surface area of mesoporous materials synthesized by the
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
procedimiento de esta invención es alta, aunque disminuye conforme aumenta el contenido de Al. Los silicoaluminatos mesoporosos que se obtienen son químicamente homogéneos y, por medio de espectroscopia MAS NMR de 27 Al, sólo se detecta en ellos Al en coordinación tetrahédrica. Este último resultado prueba que la metodología del procedimiento permite una sustitución isomorfa del aluminio en lugar del silicio reticular. La evolución regular tanto de la posición del pico de difracción intenso observado a bajos ángulos como de la superficie BET con la relación molar Al/Si es consistente con la sustitución isomorfa de silicio por aluminio probada por RMN. No obstante, el análisis de los espectros de difracción de rayos X, junto con las imágenes de TEM [Figura 1; Figura 2] permite diferenciar dos rangos de composición. Uno, para valores Si/ Al > 14,15, en el que se mantiene la topología hexagonal, y otro, para valores Si/Al < 14,15, en el que la topología se puede describir como tipo "gusano". Como en el caso del Al, la incorporación de Ti en el armazón de los materiales mesoporosos ricos en sílice implica una progresiva disminución del orden hexagonal típico de las sílices MCM-41. A diferencia de la sustitución de silicio reticular por aluminio, en la que la evolución de las características estructurales y las propiedades físicas del material es suave y progresiva, la incorporación de titanio en la posición del silicio manifiesta dos regímenes [Figura 3], como se muestra en los ejemplos 6 y 7. Para relaciones molares Ti/Si inferiores a 0,02, la topología del sistema de poros del material es hexagonal y la mayor parte de los átomos de titanio posee un entorno tetra o pentacoordinado propio de una sustitución isomorfa del silicio. El área superficial se mantiene próxima a 1100 m2/g y el espaciado reticular crece rápidamente de 3,7 a 4,2 nm. Para relaciones molares de Ti/Si superiores a 0,02 y hasta 0,52, la topología del sistema de poros del materialSUBSTITUTE SHEET (RULE 26) The method of this invention is high, although it decreases as the content of Al increases. The mesoporous silicoaluminates obtained are chemically homogeneous and, by means of MAS NMR spectroscopy of 27 Al, only Al is detected therein in tetrahedral coordination. This last result proves that the methodology of the procedure allows an isomorphic substitution of aluminum instead of reticular silicon. The regular evolution of both the position of the intense diffraction peak observed at low angles and the BET surface with the Al / Si molar ratio is consistent with the isomorphic substitution of silicon for aluminum proven by NMR. However, the analysis of the X-ray diffraction spectra, together with the TEM images [Figure 1; Figure 2] differentiates two ranges of composition. One, for Si / Al values> 14.15, in which the hexagonal topology is maintained, and another, for Si / Al values <14.15, in which the topology can be described as a "worm" type. As in the case of Al, the incorporation of Ti into the framework of silica-rich mesoporous materials implies a progressive decrease in the hexagonal order typical of MCM-41 silicas. Unlike the replacement of reticular silicon with aluminum, in which the evolution of the structural characteristics and physical properties of the material is smooth and progressive, the incorporation of titanium in the position of the silicon manifests two regimes [Figure 3], as shown in examples 6 and 7. For Ti / Si molar ratios of less than 0.02, the pore system topology of the material is hexagonal and most of the titanium atoms have a tetra or pentacoordinated environment typical of an isomorphic substitution. of silicon. The surface area remains close to 1100 m 2 / g and the reticular spacing grows rapidly from 3.7 to 4.2 nm. For Ti / Si molar ratios greater than 0.02 and up to 0.52, the pore system topology of the material
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
es de tipo "gusano" y la proporción de titanio con entorno octaédrico aumenta con el contenido en titanio. Se produce una abrupta disminución del área superficial para la relación molar 0,02 y el espaciado reticular cambia su tendencia y disminuye con el aumento del contenido en titanio. Este comportamiento manifiesta que los silicotitanatos mesoporosos preparados de acuerdo al procedimiento de esta invención se pueden clasificar, por el conjunto de sus propiedades físicas, en dos familias: las hexagonales, de bajo contenido en titanio, Ti/Si < 0,02, que posiblemente sean del tipo MCM-41 y, por otra parte, las ricas en titanio, Ti/Si > 0,02, de porosidad tipo "gusano".SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) It is a "worm" type and the proportion of titanium with an octahedral environment increases with the titanium content. There is an abrupt decrease in surface area for the 0.02 molar ratio and the reticular spacing changes its tendency and decreases with increasing titanium content. This behavior shows that mesoporous silicotitates prepared according to the process of this invention can be classified, by the whole of their physical properties, into two families: hexagonal, low titanium content, Ti / Si <0.02, which possibly are of the type MCM-41 and, on the other hand, those rich in titanium, Ti / Si> 0.02, of porosity type "worm".
El procedimiento objeto de la presente invención permite preparar una gran variedad de sílices mesoporosas sustituidas con contenido relativamente bajo en dopantes y con simetría hexagonal y otras, con elevada proporción M/Si, que presentan topología tipo "gusano", como se muestra en los ejemplos 8 al 13. El procedimiento permite preparar silicometalatos con una gran variedad de metales y metaloides, tal como se indicó en la descripción detallada de la invención. En todos los casos se logra ampliar el rango de sustitución de silicio. A continuación se muestran algunos ejemplos seleccionados en los que el silicio se sustituye por Zr, V y Ni. En el caso de los silicocirconatos, los valores de sustitución máximos alcanzados previamente correspondían a relaciones molares Zr/Si = 0,2. El procedimiento objeto de la presente invención ha permitido ampliar de forma significativa este rango hasta materiales porosos con relaciones Zr/Si = 3,3, en los que el circonio es el metal mayor itario. En el caso de los silicovanadatos, se ha extendido el rango composicional hasta relaciones molares V/Si = 0,25, frente a los valores máximos de 0,05 mencionados en la bibliografía. En el caso de los silicometalatos, se han alcanzado sustituciones máximas correspondientes aThe process object of the present invention allows to prepare a great variety of substituted mesoporous silicas with relatively low content in dopants and with hexagonal symmetry and others, with high M / Si ratio, which have "worm" type topology, as shown in the examples 8 to 13. The process allows silicomethalates to be prepared with a wide variety of metals and metalloids, as indicated in the detailed description of the invention. In all cases it is possible to extend the silicon replacement range. Below are some selected examples in which silicon is replaced by Zr, V and Ni. In the case of silicocirconatos, the maximum replacement values previously reached corresponded to molar ratios Zr / Si = 0.2. The process object of the present invention has allowed to extend this range significantly to porous materials with Zr / Si ratios = 3.3, in which the zirconium is the largest itary metal. In the case of silicovanadates, the compositional range has been extended to molar ratios V / Si = 0.25, compared to the maximum values of 0.05 mentioned in the literature. In the case of silicomethalates, maximum substitutions corresponding to
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
relaciones molares Ni/Si = 0,08, frente a los valores máximos de 0,04 mencionados en la bibliografía.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) Molar ratios Ni / Si = 0.08, compared to the maximum values of 0.04 mentioned in the literature.
El procedimiento objeto de la presente invención ha demostrado su validez y versatilidad en la preparación de sistemas cuaternarios conteniendo tres metales y /o metaloides distintos. Las disoluciones precursoras de mezclas de atranos permiten una hidrólisis y condensación sincronizada en torno a las moléculas de tensoactivos, lo que permite preparar materiales cuaternarios con una elevada homogeneidad composicional (Ejemplos 14 y 16). La presente invención también se aplica con éxito a la preparación de ALPOs y SAPOs, usando como precursores de partida, junto a los atranos correspondientes, el ácido fosfórico como fuente de grupos fosfato. El rango composicional estudiado se extiende desde la alúmina pura a los sistemas cuya proporción (P+Si)/Al es igual a 1. El procedimiento permite incorporar en el sólido final prácticamente las mismas proporciones molares P/Al o Si/All presentes en la mezcla inicial. Así, por ejemplo, se han preparado por primera vez ALPOs mesoporosos tipo gusano con la proporción P/Al = 1. En los ALPOs, el diámetro medio de poro varía inversamente al contenido de fosfato en el material y este efecto es tanto más fuerte cuanto más alto es el pH. De hecho, incluso para una proporción molar fija P/Al 0,35 es posible modular el tamaño del poro y el área superficial desde 33 Á/300 m2g_1 a 15 Á/500 πrY (Ejemplos 16 a 18).The process object of the present invention has demonstrated its validity and versatility in the preparation of quaternary systems containing three different metals and / or metalloids. The precursor solutions of mixtures of atranes allow a synchronized hydrolysis and condensation around the surfactant molecules, which allows to prepare quaternary materials with a high compositional homogeneity (Examples 14 and 16). The present invention also applies successfully to the preparation of ALPOs and SAPOs, using phosphoric acid as a source of phosphate groups as starting precursors, together with the corresponding attractants. The compositional range studied extends from pure alumina to systems whose ratio (P + Si) / Al is equal to 1. The procedure allows to incorporate practically the same P / Al or Si / All molar proportions present in the final solid. initial mix Thus, for example, mesoporous worm-type ALPOs with the ratio P / Al = 1 have been prepared for the first time. In ALPOs, the average pore diameter varies inversely to the phosphate content in the material and this effect is all the stronger when higher is the pH. In fact, even for a fixed molar ratio P / Al 0.35 it is possible to modulate the pore size and surface area from 33 Á / 300 m 2 g _1 to 15 Á / 500 πrY (Examples 16 to 18).
Finalmente, el ejemplo 19 muestra una aplicación práctica de estos sólidos en una reacción de oxidación catalítica. Ejemplo 1. Sílices mesoporosas: SiOz (M20)z (x=0; z=0). Se preparan tres disoluciones hidroalcohólicas idénticas conteniendo 34,46 g de 2,2' ,2" -nitrilotrietanol (TEA), 10 g de alcohol etílico y menos de 1 g de agua. Estas disoluciones se alcalinizan mediante la adición de hidróxidoFinally, example 19 shows a practical application of these solids in a catalytic oxidation reaction. Example 1. Mesoporous silica: SiO z (M 2 0) z (x = 0; z = 0). Three identical hydroalcoholic solutions containing 34.46 g of 2.2 ', 2 "-nitrilotriethanol (TEA), 10 g of ethyl alcohol and less than 1 g of water are prepared. These solutions are made alkaline by the addition of hydroxide
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
sódico sólido. Las disoluciones transparentes resultantes (disoluciones A) poseen las composiciones correspondientes a las relaciones molares TEA: 1SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) solid sodium The resulting transparent solutions (solutions A) have the compositions corresponding to the TEA molar ratios: 1
NaOH: x (x = 0,0, 0,14, 0,65, respectivamente) Etanol: 0,91NaOH: x (x = 0.0, 0.14, 0.65, respectively) Ethanol: 0.91
H20 0,24H 2 0 0.24
Un tercio en peso de cada disolución A se mezcla con 14,02 g de ortosilicato de tetraetilo (TEOS) bajo agitación suave durante 5 minutos a 20°C. Los tres líquidos Bl resultantes poseen las siguientes composiciones molares: Si02: 2One third by weight of each solution A is mixed with 14.02 g of tetraethyl orthosilicate (TEOS) under gentle stirring for 5 minutes at 20 ° C. The three resulting Bl liquids have the following molar compositions: Si0 2 : 2
TEA: 7ASD: 7
NaOH: x (x= 0,0, 1,0, 4,5 , respectivamente)NaOH: x (x = 0.0, 1.0, 4.5, respectively)
Etanol: 14,36Ethanol: 14.36
H20 1,66 La restante porción de cada disolución A se mezcla con 6,60 g de CTAB. Se obtienen así las tres disoluciones B2.H 2 0 1.66 The remaining portion of each solution A is mixed with 6.60 g of CTAB. The three B2 solutions are thus obtained.
De los líquidos Bl y B2 se obtienen, respectivamente, las disoluciones extracto Cl y C2 mediante destilación fraccionada, siguiendo estrictamente los protocolos descritos respectivamente en las etapas c y e del procedimiento general.From the liquids Bl and B2, respectively, the extract solutions Cl and C2 are obtained by fractional distillation, strictly following the protocols described respectively in steps c and e of the general procedure.
Las disoluciones C se obtienen mezclando las correspondientes Cl y C2 bajo agitación suave a 30°C. A cada disolución C se le añaden, bajo agitación suave a 5°C, 198 g de agua desmineralizada. Las disoluciones resultantes se mantienen bajo agitación, a una temperatura próxima a 20°C, durante un tiempo entre 15 minutos y 1 hora. Tras la adición de agua, la composición global de los tres productos D resultantes corresponde a las relaciones molaresSolutions C are obtained by mixing the corresponding Cl and C2 under gentle stirring at 30 ° C. To each solution C, 198 g of demineralized water are added under gentle stirring at 5 ° C. The resulting solutions are kept under stirring, at a temperature close to 20 ° C, for a time between 15 minutes and 1 hour. After the addition of water, the overall composition of the three resulting D products corresponds to the molar ratios.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
Si02: 2SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) Si0 2 : 2
TEA: 7ASD: 7
CTAB: 0,60CTAB: 0.60
NaOH: x (x = 0.0, 1.0, 4,5) H20 333,33NaOH: x (x = 0.0, 1.0, 4.5) H 2 0 333.33
El envejecimiento de cada producto D se realiza según el protocolo descrito en la etapa h, y las condiciones son: agitación continua durante 72 horas a 45° C de temperatura bajo una presión total de 1 atm (101,3 kPa). En todos los casos el envejecimiento conduce a una suspensión de un sólido en una disolución. El sólido se separa por filtración, se lava tres veces con agua desmineralizada y dos con etanol (94%) y después se mantiene en un desecador sobre cloruro calcico durante 12 horas. La naturaleza del material mesoestructurado así aislado, M, es función del pH del producto D, que a su vez depende del valor de la fracción molar x de NaOH que contiene.The aging of each product D is carried out according to the protocol described in step h, and the conditions are: continuous stirring for 72 hours at a temperature of 45 ° C under a total pressure of 1 atm (101.3 kPa). In all cases, aging leads to a suspension of a solid in a solution. The solid is filtered off, washed three times with demineralized water and twice with ethanol (94%) and then kept in a desiccator over calcium chloride for 12 hours. The nature of the mesostructured material thus isolated, M, is a function of the pH of product D, which in turn depends on the value of the molar fraction x of NaOH it contains.
Cuando la fracción molar de NaOH en D es x = 0,0, su pH es de 9,5 y el material mesoestructurado M es de tipo "hexagonal desordenado" [Figura 4 (imagen c); Figura 5 (difractograma a)].When the molar fraction of NaOH in D is x = 0.0, its pH is 9.5 and the mesostructured material M is of the "disorganized hexagonal" type [Figure 4 (image c); Figure 5 (diffractogram a)].
Cuando la fracción molar de NaOH en D es x = 1,0, su pH es de 10,1 y el material mesoestructurado M es de tipo "hexagonal ordenado" [Figura 4 (imagen b); Figura 5 (difractograma b)].When the molar fraction of NaOH in D is x = 1.0, its pH is 10.1 and the mesostructured material M is of the "ordered hexagonal" type [Figure 4 (image b); Figure 5 (diffractogram b)].
Cuando la fracción molar de NaOH en D es x = 4,5, su pH es de 12,6 y el material mesoestructurado M es de tipo laminar [Figura 4 (imagen a); Figura 5 (difractograma c)]. El proceso de calcinación para este tipo de materiales, correspondiente a la etapa i del procedimiento general, independientemente del valor de x, se realiza en las siguientes condiciones:When the molar fraction of NaOH in D is x = 4.5, its pH is 12.6 and the mesostructured material M is of the laminar type [Figure 4 (image a); Figure 5 (diffractogram c)]. The calcination process for this type of materials, corresponding to stage i of the general procedure, regardless of the value of x, is carried out under the following conditions:
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
atmósfera estática de aire sintético a latm (101,3 kPa) y 500 °C durante 5 horas.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) static atmosphere of synthetic air at latm (101.3 kPa) and 500 ° C for 5 hours.
En el caso de x = 0,0 el material obtenido tras la etapa i es una sílice mesoporosa exenta de sodio, con topología hexagonal desordenada, y posee una imagen de TEM característica. Tanto este material poroso como su precursor mesoestructurado presentan, en sus diagramas de difracción de rayos X a bajos ángulos, un pico único de intensidad elevada a 4,19 o 4,26 nm, respectivamente. El material mesoporoso posee un área superficial SBET = 941 m2/g y un diámetro de poro dBJH = 2,75 nm. La curva de adsorción- desorción es de tipo IV e indica que el material es de alta porosidad textural. En el caso de x = 1,0 el material obtenido tras la etapa i es una sílice mesoporosa, exenta de sodio, con topología hexagonal ordenada. Tanto este material poroso como su precursor mesoestructurado presentan, en sus diagramas de difracción de rayos X a bajos ángulos, cuatro picos, correspondientes a las reflexiones 100; 110; 200 y 210. El pico más intenso (asociado a la reflexión 100) aparece a 3,74 o 4,08 nm, respectivamente, para el material poroso y su precursor mesoestructurado. El material mesoporoso posee un área superficial SBET = 1136 m2/g y un diámetro de poro dBJH = 2,90 nm. En lo que respecta a las sílices mesoporosas, adicionalmente a las características descritas, el procedimiento de esta invención permite la preparación de los materiales precursores mesoestructurados sin necesidad de aplicar tratamientos hidrotérmicos. En el caso de x = 4,5 el material obtenido tras la etapa i es una sílice amorfa exenta de sodio.In the case of x = 0.0, the material obtained after stage i is a sodium-free mesoporous silica, with a disordered hexagonal topology, and has a characteristic TEM image. Both this porous material and its mesostructured precursor have, in their X-ray diffraction diagrams at low angles, a single peak of high intensity at 4.19 or 4.26 nm, respectively. The mesoporous material has a surface area S BET = 941 m 2 / g and a pore diameter d BJH = 2.75 nm. The adsorption-desorption curve is of type IV and indicates that the material is of high textural porosity. In the case of x = 1.0, the material obtained after stage i is a sodium-free mesoporous silica with an ordered hexagonal topology. Both this porous material and its mesostructured precursor present, in their X-ray diffraction diagrams at low angles, four peaks, corresponding to reflections 100; 110; 200 and 210. The most intense peak (associated with reflection 100) appears at 3.74 or 4.08 nm, respectively, for the porous material and its mesostructured precursor. The mesoporous material has a surface area S BET = 1136 m 2 / g and a pore diameter d BJH = 2.90 nm. With regard to mesoporous silicas, in addition to the characteristics described, the process of this invention allows the preparation of mesostructured precursor materials without the need for hydrothermal treatments. In the case of x = 4.5, the material obtained after stage i is a sodium-free amorphous silica.
Modificaciones simples de procedimiento permiten variar la topología de poros y la simetría del material. En concreto la preparación de mesoporososSimple procedure modifications allow varying the pore topology and the symmetry of the material. Specifically the preparation of mesoporous
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
cúbicos de tipo MCM-48 es posible en las siguientes condiciones: i. La composición de la disolución Bl se describe por las proporciones molares siguienles Si02: 2 TEA: 7SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) Cubic type MCM-48 is possible under the following conditions: i. The composition of solution Bl is described by the following molar ratios Si0 2 : 2 TEA: 7
NaOH: 1,0NaOH: 1.0
Etanol: 14,36Ethanol: 14.36
H20 1,66 ii. la disolución B2 se prepara con una relación molar CTAB/Si = 0,75. iii. la cantidad de agua añadida a la disolución C es de 60 g iv. el envejecimiento del producto D se realiza mediante tratamiento hidrotérmico a presión autógena y 100 °C durante 72 horas. v. el resto de las condiciones de todas las etapas implicadas que dan lugar al material mesoporoso a través del mesoestructuradoH 2 0 1.66 ii. Solution B2 is prepared with a CTAB / Si molar ratio = 0.75. iii. the amount of water added to solution C is 60 g iv. The aging of product D is carried out by hydrothermal treatment at autogenous pressure and 100 ° C for 72 hours. v. the rest of the conditions of all the stages involved that give rise to the mesoporous material through the mesostructured
M sean las descritas previas. En estas condiciones tanto el material poroso como su precursor mesoestructurado poseen simetría cúbica. Se trata de materiales del tipo MCM-48 y presentan, en sus diagramas de difracción de rayos X a bajos ángulos, un pico de intensidad elevada a 3,32 y 3,91 nm, respectivamente, junto a, al menos, ocho picos adicionales muy bien resueltos que permiten determinar el grupo de simetría Ia3d. El material mesoporoso posee un área superficial SBET = 1013 m2/g y un diámetro de poro dBJH = 2,43 nm. La curva de adsorción-desorción es de tipo IV. Ejemplo 2. Alúminas mesoporosas: Al203. (MzO)z (x=l; z <0.01).M be those described above. Under these conditions, both the porous material and its mesostructured precursor possess cubic symmetry. These are materials of type MCM-48 and have, in their X-ray diffraction diagrams at low angles, a peak of high intensity at 3.32 and 3.91 nm, respectively, together with at least eight additional peaks very well resolved that allow to determine the group of symmetry Ia3d. The mesoporous material has a surface area S BET = 1013 m 2 / g and a pore diameter d BJH = 2.43 nm. The adsorption-desorption curve is type IV. Example 2. Mesoporous aluminas: Al 2 0 3 . (M z O) z (x = l; z <0.01).
Se prepara una disolución hidroalcohólica conteniendo 44,96 g de 2,2' ,2"- nitrilotrietanol (TEA), 10 g de alcohol secbutílico y menos de 1 g de agua.A hydroalcoholic solution containing 44.96 g of 2.2 ', 2 "-nitrilotriethanol (TEA), 10 g of secbutyl alcohol and less than 1 g of water is prepared.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
Esta disolución se alcaliniza mediante la adición de 0,40 g de hidróxido sódico sólido. La disolución transparente resultante, A, posee la composición correspondiente a las relaciones molaresSUBSTITUTE SHEET (RULE 26) This solution is made alkaline by adding 0.40 g of solid sodium hydroxide. The resulting transparent solution, A, has the composition corresponding to the molar ratios
TEA: 1 NaOH 0,03: secbutanol: 8,92TEA: 1 NaOH 0.03: secbutanol: 8.92
H20 ≤ 0,18H 2 0 ≤ 0.18
La mitad en volumen de la disolución A se mezcla con 10,68 g de ortoaluminato de secbutilo bajo agitación suave durante 15 minutos a 10°C. El líquido Bl resultante posee la siguiente composición molar:Half by volume of solution A is mixed with 10.68 g of sec-butyl ortho aluminate under gentle stirring for 15 minutes at 10 ° C. The resulting liquid Bl has the following molar composition:
A1203: 1A1 2 0 3 : 1
TEA: 7,20ASD: 7.20
NaOH: 0,24 secbutanol: 8,92 H20 ≤ 1,28NaOH: 0.24 secbutanol: 8.92 H 2 0 ≤ 1.28
La mitad restante en volumen de la disolución A se mezcla con 7,28 g de CTAB. Se obtiene así la disolución B2.The remaining volume half of solution A is mixed with 7.28 g of CTAB. The solution B2 is thus obtained.
De los líquidos Bl y B2 se obtienen, respectivamente, las disoluciones extracto Cl y C2 mediante destilación fraccionada, siguiendo estrictamente los protocolos descritos respectivamente en las etapas c y e del procedimiento general.From the liquids Bl and B2, respectively, the extract solutions Cl and C2 are obtained by fractional distillation, strictly following the protocols described respectively in steps c and e of the general procedure.
La disolución C se obtiene mezclando las Cl y C2 bajo agitación suave a 20°C. Posteriormente se le añaden, bajo agitación suave a 5°C, 40 g de agua desmineralizada. La disolución resultante se mantiene bajo agitación, a una temperatura próxima a 20°C, durante un tiempo de 1 hora. Tras la adición de agua, la composición global del producto D resultante corresponde a las relaciones molaresSolution C is obtained by mixing Cl and C2 under gentle stirring at 20 ° C. Subsequently, under gentle agitation at 5 ° C, 40 g of demineralized water are added. The resulting solution is kept under stirring, at a temperature close to 20 ° C, for a time of 1 hour. After the addition of water, the overall composition of the resulting product D corresponds to the molar ratios.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
A1203: 1SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) A1 2 0 3 : 1
TEA: 7,20ASD: 7.20
CTAB: 0,52CTAB: 0.52
NaOH: 0,24NaOH: 0.24
H20 106H 2 0 106
El envejecimiento del producto D se realiza según el protocolo descrito en la etapa h y concretamente: se introduce el producto D en un recipiente de teflón dentro de un autoclave durante 72 horas a una temperatura de 120 °C y presión autógena. El envejecimiento conduce a una suspensión de un sólido en una disolución. El sólido se separa por centrifugación, se lava tres veces con agua desmineralizada y dos con etanol (94%) y después se mantiene en un desecador sobre cloruro calcico durante 12 horas. El material mesoestructurado así aislado, M, posee una topología tipo "gusano" y un pico único e intenso a 7,5 nm en su difractograma de rayos X.The aging of the product D is carried out according to the protocol described in step h and specifically: the product D is introduced into a Teflon container in an autoclave for 72 hours at a temperature of 120 ° C and autogenous pressure. Aging leads to a suspension of a solid in a solution. The solid is separated by centrifugation, washed three times with demineralized water and twice with ethanol (94%) and then kept in a desiccator over calcium chloride for 12 hours. The mesostructured material thus isolated, M, has a "worm" type topology and a single, intense peak at 7.5 nm in its X-ray diffractogram.
El proceso de calcinación para este tipo de materiales, correspondiente a la etapa i del procedimiento general, se realiza en las siguientes condiciones: atmósfera estática de aire sintético a latm (101,3 kPa) y 500 °C durante 5 horas. El material obtenido tras la etapa i es una alúmina mesoporosa tipo "gusano" [Figura 6 (imagen a)] conteniendo una relación molar A1203: 1The calcination process for this type of materials, corresponding to stage i of the general procedure, is carried out under the following conditions: static atmosphere of synthetic air at latm (101.3 kPa) and 500 ° C for 5 hours. The material obtained after stage i is a "worm" mesoporous alumina [Figure 6 (image a)] containing a molar ratio A1 2 0 3 : 1
Na20. 0,01Na 2 0. 0.01
Este material poroso presenta, en su diagrama de difracción de rayos X a bajos ángulos, un pico único de intensidad elevada a 6,90 nm, posee un área superficial SBET = 340 m2/g y un diámetro de poro medio d H= 3,30 nm [Figura 7 (curva a)]. Además mantiene sus características topológicas trasThis porous material has, in its X-ray diffraction diagram at low angles, a single peak of high intensity at 6.90 nm, has a surface area S BET = 340 m 2 / g and an average pore diameter d H = 3 , 30 nm [Figure 7 (curve a)]. It also maintains its topological characteristics after
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
tratamientos térmicos en aire a 900 °C durante 1 hora. Mediante una modificación mínima del procedimiento, que implica simple y únicamente la variación de la relación molar H20:TEA en la etapa g, resulta posible modificar el tamaño de poro de la alúmina [Figura 8]. Así la variación de la relación molar H20:TEA entre 7,4 y 48,8 conduce a alúminas mesoporosas de topología tipo "gusano" y diámetro medio de poro entre 3,3 [Figura 6 (imagen a); Figura 7 (curva a)] y 6,9 nm [Figura 6 (imagen b); Figura 7 (curva b)].SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) heat treatments in air at 900 ° C for 1 hour. By a minimal modification of the procedure, which implies simply and only the variation of the molar ratio H 2 0: ASD in step g, it is possible to modify the pore size of the alumina [Figure 8]. Thus the variation of the molar ratio H 2 0: ASD between 7.4 and 48.8 leads to mesoporous aluminas of "worm" type topology and average pore diameter between 3.3 [Figure 6 (image a); Figure 7 (curve a)] and 6.9 nm [Figure 6 (image b); Figure 7 (curve b)].
Ejemplo 3. Titania mesoporosa: Ti02 (M20)z (x=l; z <0,01). Se prepara una disolución hidroalcohólica conteniendo 33,72 g de 2,2', 2"- nitrilotrietanol (TEA), 15 g de propanol y menos de 1 g de agua. Esta disolución se alcaliniza mediante la adición de 0,80 g de hidróxido sódico sólido. La disolución transparente resultante, A, posee la composición correspondiente a las relaciones molares TEA: 1Example 3. Mesoporous titania: Ti0 2 (M 2 0) z (x = l; z <0.01). A hydroalcoholic solution containing 33.72 g of 2.2 ', 2 "-nitrilotriethanol (TEA), 15 g of propanol and less than 1 g of water is prepared. This solution is made alkaline by adding 0.80 g of hydroxide solid sodium The resulting clear solution, A, has the composition corresponding to the TEA molar ratios: 1
NaOH: 0,09 propanol: 1,11NaOH: 0.09 propanol: 1.11
H20 ≤ 0,24H 2 0 ≤ 0.24
Un tercio en volumen de la disolución A se mezcla con 17,06 g de ortotitanato de propilo bajo agitación suave a 5 °C durante 15 minutos. El líquido Bl resultante posee la siguiente composición molar: Ti02: 2One third by volume of solution A is mixed with 17.06 g of propyl orthotitanate under gentle stirring at 5 ° C for 15 minutes. The resulting liquid Bl has the following molar composition: Ti0 2 : 2
TEA: 7,50ASD: 7.50
NaOH: 0,66 propanol : 16,30NaOH: 0.66 Propanol: 16.30
H20 ≤ 1,83H 2 0 ≤ 1.83
Los dos tercios restantes en volumen de la disolución A se mezclan con 6,56The remaining two thirds by volume of solution A is mixed with 6.56
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
g de CTAB. Se obtiene así la disolución B2.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) g of CTAB. The solution B2 is thus obtained.
De los líquidos Bl y B2 se obtienen, respectivamente, las disoluciones extracto Cl y C2 mediante destilación fraccionada, siguiendo estrictamente los protocolos descritos respectivamente en las etapas c y e del procedimiento general. La disolución C se obtiene mezclando las Cl y C2 bajo agitación suave a 20°C. Posteriormente se le añaden lentamente, bajo agitación vigorosa a 5 °C, 180 g de agua desmineralizada. La disolución resultante posee un pH = 10 y evoluciona eventualmente a una suspensión al incrementar la temperatura hasta 40 °C y mantenerla durante 15 m. Tras la adición de agua, la composición global del producto D resultante corresponde a las relaciones molaresFrom the liquids Bl and B2, respectively, the extract solutions Cl and C2 are obtained by fractional distillation, strictly following the protocols described respectively in steps c and e of the general procedure. Solution C is obtained by mixing Cl and C2 under gentle stirring at 20 ° C. Subsequently, 180 g of demineralized water is added slowly under vigorous stirring at 5 ° C. The resulting solution has a pH = 10 and eventually evolves into a suspension by increasing the temperature to 40 ° C and maintaining it for 15 m. After the addition of water, the overall composition of the resulting product D corresponds to the molar ratios.
Ti02: 2Ti0 2 : 2
TEA: 7,50 CTAB: 0,66ASD: 7.50 CTAB: 0.66
NaOH: 0,66NaOH: 0.66
H20 333,33H 2 0 333.33
El envejecimiento del producto D se realiza según el protocolo descrito en la etapa h, y concretamente: la suspensión se mantiene bajo agitación vigorosa, a una temperatura próxima a 20 °C, y 1 atmósfera (101,3 kPa) depresión, durante un tiempo de 40 horas.The aging of product D is carried out according to the protocol described in step h, and specifically: the suspension is kept under vigorous stirring, at a temperature close to 20 ° C, and 1 atmosphere (101.3 kPa) depression, for a time 40 hours
El envejecimiento conduce a una suspensión de un sólido en una disolución. El sólido se separa por filtración, se lava tres veces con agua desmineralizada y dos con etanol (94%) y después se mantiene en un desecador sobre cloruro calcico durante 12 horas. El material mesoestructurado así aislado, M, posee una topología tipo "gusano" y un pico único e intenso a 3,85 nm en suAging leads to a suspension of a solid in a solution. The solid is filtered off, washed three times with demineralized water and twice with ethanol (94%) and then kept in a desiccator over calcium chloride for 12 hours. The mesostructured material thus isolated, M, has a "worm" type topology and a unique and intense peak at 3.85 nm in its
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
difractograma de rayos X.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) X-ray diffractogram.
El proceso de calcinación para este tipo de material, correspondiente a la etapa i del procedimiento general, se realiza en las siguientes condiciones: el material se calcina en atmósfera dinámica de argón a latm (101,3 kPa) y 120 °C durante 2 horas, seguido de un segundo tratamiento en la misma atmósfera a 350 °C durante 5 horas, y de un tercer tratamiento en atmósfera dinámica de oxígeno a una presión de latm (101,3 kPa) y 350 °C durante 120 horas. El material obtenido tras la etapa i es una titania pura mesoporosa, con topología de poros tipo "gusano".The calcination process for this type of material, corresponding to stage i of the general procedure, is carried out under the following conditions: the material is calcined in a dynamic atmosphere of argon to latm (101.3 kPa) and 120 ° C for 2 hours , followed by a second treatment in the same atmosphere at 350 ° C for 5 hours, and a third treatment in a dynamic atmosphere of oxygen at a pressure of latm (101.3 kPa) and 350 ° C for 120 hours. The material obtained after stage i is a pure mesoporous titania, with "worm" type pore topology.
Este material poroso presenta, en su diagrama de difracción de rayos X a bajos ángulos, un pico único de intensidad elevada a 5,60 nm, posee un área superficial SBET= 610 m2/g [Figura 9] y un diámetro de poro medio dBJH= 3,51 nm (recuadro interior de la Figura 9). Por otra parte, la difracción de rayos X pone en evidencia la presencia en el material de microdominios cristalinos de anatasa [Figura 10]. Ejemplo 4. Silicoaluminatos mesoporosos de porosidad de topología hexagonal: (SiO,)^ (Al203)x/2 (M20)z (x <0,066; z <0,01). Se prepara una disolución hidroalcohólica conteniendo 33,72 g de 2,2', 2"- nitrilotrietanol (TEA), 10 g de alcohol s^cbutílico y menos de 1 g de agua. Esta disolución se alcaliniza mediante la adición de 1,32 g de hidróxido sódico sólido. La disolución transparente resultante, A, posee la composición correspondiente a las relaciones molares TEA: 1This porous material has, in its X-ray diffraction diagram at low angles, a single peak of high intensity at 5.60 nm, has a surface area S BET = 610 m 2 / g [Figure 9] and a pore diameter mean d BJH = 3.51 nm (inside box of Figure 9). On the other hand, X-ray diffraction shows the presence of anatase crystalline microdomains in the material [Figure 10]. Example 4. Mesoporous silicoaluminatos of hexagonal topology porosity: (SiO,) ^ (Al 2 0 3 ) x / 2 (M 2 0) z (x <0.066; z <0.01). A hydroalcoholic solution containing 33.72 g of 2.2 ', 2 "-nitrilotriethanol (TEA), 10 g of s-butyl alcohol and less than 1 g of water is prepared. This solution is made alkaline by the addition of 1.32 g of solid sodium hydroxide The resulting clear solution, A, has the composition corresponding to the TEA molar ratios: 1
NaOH: 0,13 secbutanol: 0,54NaOH: 0.13 secbutanol: 0.54
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
H20 < 0,24SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) H 2 0 <0.24
Un tercio en volumen de la disolución A se mezcla con 0,74 g de ortoaluminato de secbuúlo y 13,12 g de ortosilicato de etilo (TEOS) bajo agitación suave a 15°C durante 15 minutos. El líquido Bl resultante posee la siguiente composición molar:One third by volume of solution A is mixed with 0.74 g of secbuule orthoaluminate and 13.12 g of ethyl orthosilicate (TEOS) under gentle stirring at 15 ° C for 15 minutes. The resulting liquid Bl has the following molar composition:
Si02: 2Si0 2 : 2
A1203: 0,048A1 2 0 3 : 0.048
TEA: 7,17ASD: 7.17
NaOH: 0,95 secbutanol: 4,16 etanol: 8,00NaOH: 0.95 secbutanol: 4.16 ethanol: 8.00
H20 < 1,75H 2 0 <1.75
Los dos tercios en volumen de la disolución A restantes se mezclan con 6,50 g de CTAB. Se obtiene así la disolución B2. De los líquidos Bl y B2 se obtienen, respectivamente, las disoluciones extracto Cl y C2 mediante destilación fraccionada, siguiendo estrictamente los protocolos descritos respectivamente en las etapas c y e del procedimiento general.The remaining two thirds by volume of solution A is mixed with 6.50 g of CTAB. The solution B2 is thus obtained. From the liquids Bl and B2, respectively, the extract solutions Cl and C2 are obtained by fractional distillation, strictly following the protocols described respectively in steps c and e of the general procedure.
La disolución C se obtiene mezclando las Cl y C2 bajo agitación suave a 30 °C. A cada disolución C se le añaden, bajo agitación suave a 5 °C, 180 g de agua desmineralizada. La disolución resultante se mantiene bajo agitación, a una temperatura próxima a 20°C, durante un tiempo de 15 minutos. Tras la adición de agua, la composición global del producto D resultante corresponde a las relaciones molares Si02: 2Solution C is obtained by mixing Cl and C2 under gentle stirring at 30 ° C. To each solution C, 180 g of demineralized water are added under gentle stirring at 5 ° C. The resulting solution is kept under stirring, at a temperature close to 20 ° C, for a time of 15 minutes. After the addition of water, the overall composition of the resulting product D corresponds to the Si0 2 : 2 molar ratios.
A1203: 0,048A1 2 0 3 : 0.048
TEA: 7,17ASD: 7.17
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
CTAB: 0,57SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) CTAB: 0.57
NaOH: 0,95NaOH: 0.95
H20 317,46H 2 0 317.46
El envejecimiento del producto D se realiza según el protocolo descrito en la etapa h y concretamente: se aplica al producto D agitación continua durante 72 horas a 45°C de temperatura y latm (101,3 kPa) depresión de aire sintético. El envejecimiento conduce a una suspensión de un sólido en una disolución. El sólido se separa por filtración, se lava tres veces con agua desmineralizada y dos con etanol (94%) y después se mantiene en un desecador sobre cloruro calcico durante 12 horas. El material mesoestructurado así aislado, M, posee una topología tipo "hexagonal" y un pico intenso a 3,51 nm en su difractograma de rayos X.The aging of the product D is carried out according to the protocol described in step h and specifically: it is applied to the product D continuous agitation for 72 hours at 45 ° C temperature and latm (101.3 kPa) synthetic air depression. Aging leads to a suspension of a solid in a solution. The solid is filtered off, washed three times with demineralized water and twice with ethanol (94%) and then kept in a desiccator over calcium chloride for 12 hours. The mesostructured material thus isolated, M, has a "hexagonal" type topology and an intense peak at 3.51 nm in its X-ray diffractogram.
El proceso de calcinación para este material, correspondiente a la etapa i del procedimiento general, se realiza en las siguientes condiciones: el material se calcina en atmósfera estática de aire sintético a latm (101,3 kPa) y 500 °C durante 5 horas.The calcination process for this material, corresponding to stage i of the general procedure, is carried out under the following conditions: the material is calcined in a static atmosphere of synthetic air at latm (101.3 kPa) and 500 ° C for 5 hours.
El material obtenido tras la etapa i es un silicoaluminato mesoporoso de tipo "hexagonal" [Figura 2 (imagen a); Figura 11 (difractograma a)] conteniendo cierta cantidad de sodio, en la relación molar Si02: 1The material obtained after step i is a "hexagonal" mesoporous silicoaluminate [Figure 2 (image a); Figure 11 (diffractogram a)] containing a certain amount of sodium, in the Si0 2 : 1 molar ratio
A1203: 0,036A1 2 0 3 : 0.036
Na20 ≤ 0,01Na 2 0 ≤ 0.01
Este material poroso posee un área superficial SBET= 985 m2/g [Figura 12 (curva b)], un diámetro de poro medio dB]H = 2,50 nm y un pico intenso a 3,85 nm en su difractograma de rayos X. Además mantiene sus características topológicas tras tratamientos térmicos en aire a 750 °C duranteThis porous material has a surface area S BET = 985 m 2 / g [Figure 12 (curve b)], an average pore diameter d B] H = 2.50 nm and an intense peak at 3.85 nm in its diffractogram X-ray. It also maintains its topological characteristics after heat treatments in air at 750 ° C during
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
12 horas.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) 12 hours.
Este protocolo preparativo es aplicable a todas las composiciones del encabezamiento, esto es (x < 0,066; z <0,01).This preparatory protocol is applicable to all header compositions, that is (x <0.066; z <0.01).
Ejemplo 5. Silicoaluminatos mesoporosos de porosidad de topología tipo "gusano":Example 5. Mesoporous porosity silicoaluminatos of "worm" type topology:
(Si02)1.x (Al203)x/2 (MzO)z (0,066 <X <0,485; z <0,07). El procedimiento es idéntico para todas las composiciones del encabezamiento y aquí se describe concretamente para la composición x = 0.485, z = 0.062. Se prepara una disolución hidroalcohólica conteniendo 33,72 g de 2,2' ,2"- nitrilotrietanol (TEA), 10 g de alcohol secbutílico y menos de lg de agua. Esta disolución se alcaliniza mediante la adición de 1,32 g de hidróxido sódico sólido. La disolución transparente resultante, A, posee la composición correspondiente a las relaciones molares TEA: 1(Si0 2 ) 1 . x (Al 2 0 3 ) x / 2 (M z O) z (0.066 <X <0.455; z <0.07). The procedure is identical for all the header compositions and here it is specifically described for the composition x = 0.485, z = 0.062. A hydroalcoholic solution is prepared containing 33.72 g of 2.2 ', 2 "- nitrilotriethanol (TEA), 10 g of secbutyl alcohol and less than 1 of water. This solution is made alkaline by the addition of 1.32 g of hydroxide solid sodium The resulting clear solution, A, has the composition corresponding to the TEA molar ratios: 1
NaOH: 0,13NaOH: 0.13
-?t?cbutanol: 0,54-? t? cbutanol: 0.54
H20 < 0.24H 2 0 <0.24
Un tercio en volumen de la disolución A se mezcla con 8,06 g de ortoaluminato de secbutilo y 6,72 g de ortosilicato de etilo (TEOS) bajo agitación suave a 10°C durante 15 minutos. El líquido Bl resultante posee la siguiente composición molar:One third by volume of solution A is mixed with 8.06 g of sec-butyl orthoaluminate and 6.72 g of ethyl orthosilicate (TEOS) under gentle stirring at 10 ° C for 15 minutes. The resulting liquid Bl has the following molar composition:
Si02: 1Si0 2 : 1
A1203: 0,5 TEA: 6,85A1 2 0 3 : 0.5 ASD: 6.85
NaOH: 0,91 secbutanol: 6,70NaOH: 0.91 secbutanol: 6.70
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
etanol: 4,00SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) ethanol: 4.00
H20 < 1,66H 2 0 <1.66
Los dos tercios en volumen de la disolución A restantes se mezclan con 6,50 g de CTAB. Se obtiene así la disolución B2. 5 De los líquidos Bl y B2 se obtienen, respectivamente, las disoluciones extracto Cl y C2 mediante destilación fraccionada, siguiendo estrictamente los protocolos descritos respec-tivamente en las etapas c y e del procedimiento general.The remaining two thirds by volume of solution A is mixed with 6.50 g of CTAB. The solution B2 is thus obtained. 5 From the liquids Bl and B2, respectively, the extract solutions Cl and C2 are obtained by fractional distillation, strictly following the protocols described respectively in steps c and e of the general procedure.
La disolución C se obtiene mezclando las Cl y C2 bajo agitación suave a 10 30°C. A la disolución C se le añaden, bajo agitación suave a 5°C, 180 g de agua desmineralizada. La disolución resultante se mantiene bajo agitación, a una temperatura próxima a 20°C, durante un tiempo de 15 minutos. Tras la adición de agua, la composición global del producto D resultante corresponde a las relaciones molares 15 Si02: 1Solution C is obtained by mixing Cl and C2 under gentle stirring at 10-30 ° C. To the solution C, 180 g of demineralized water are added under gentle stirring at 5 ° C. The resulting solution is kept under stirring, at a temperature close to 20 ° C, for a time of 15 minutes. After the addition of water, the overall composition of the resulting product D corresponds to the molar ratios 15 Si0 2 : 1
A1203: 0,50A1 2 0 3 : 0.50
CTAB: 0,54CTAB: 0.54
TEA: 6,85ASD: 6.85
NaOH: 0,91NaOH: 0.91
20 H20 303,3320 H 2 0 303.33
El envejecimiento del producto D se realiza según el protocolo descrito en la etapa h y concretamente: el producto D se somete a agitación continua durante 24 horas a 45 °C de temperatura y latm (101,3 kPa) depresión de aire sintético. 25 El envejecimiento conduce a una suspensión de un sólido en una disolución. El sólido se separa por filtración, se lava tres veces con agua desmineralizada y dos con etanol (94%) y después se mantiene en un desecador sobre cloruroThe aging of product D is carried out according to the protocol described in step h and specifically: product D is subjected to continuous stirring for 24 hours at a temperature of 45 ° C and latm (101.3 kPa) depression of synthetic air. Aging leads to a suspension of a solid in a solution. The solid is filtered off, washed three times with demineralized water and twice with ethanol (94%) and then kept in a desiccator over chloride
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
calcico durante 12 horas. El material mesoestructurado así aislado, M, posee una topología tipo "gusano" y un pico intenso a 3,70 nm en su difractograma de rayos X.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) Calcium for 12 hours. The mesostructured material thus isolated, M, has a "worm" type topology and an intense peak at 3.70 nm in its X-ray diffractogram.
El proceso de calcinación para este material, correspondiente a la etapa i del procedimiento general, se realiza en las siguientes condiciones: el material se calcina en atmósfera estática de aire sintético a latm (101,3 kPa) y 500° C durante 5 horas.The calcination process for this material, corresponding to stage i of the general procedure, is carried out under the following conditions: the material is calcined in a static atmosphere of synthetic air at latm (101.3 kPa) and 500 ° C for 5 hours.
El material obtenido tras la etapa i es un silicoaluminato mesoporoso de tipo "gusano" [Figura 2 (imagen c); Figura 11 (difractograma f)] conteniendo cierta cantidad de sodio, en la relación molar Si02: 1The material obtained after step i is a "worm" mesoporous silicoaluminate [Figure 2 (image c); Figure 11 (diffractogram f)] containing a certain amount of sodium, in the Si0 2 : 1 molar ratio
A1203: 0,47A1 2 0 3 : 0.47
Na20 0.12Na 2 0 0.12
Este material poroso posee un área superficial SBET = 430 m2/g [Figura 12 (curva d)], un diámetro de poro medio dBJH = 2,00 nm y un pico intenso a 4,18 nm en su difractograma de rayos X. Además mantiene sus características topológicas tras tratamientos térmicos en aire a 750°C durante 12 horas.This porous material has a surface area S BET = 430 m 2 / g [Figure 12 (curve d)], an average pore diameter d BJH = 2.00 nm and an intense peak at 4.18 nm in its ray diffractogram X. It also maintains its topological characteristics after heat treatments in air at 750 ° C for 12 hours.
Ejemplo 6. Silicotitanatos mesoporosos tipo hexagonal:
(M20)z (x <0,02; z ≤0,01).Example 6. Mesoporous hexotonal silicotitates: (M 2 0) z (x <0.02; z ≤0.01).
El procedimiento es idéntico para todas las composiciones del encabezamiento y aquí se describe concretamente para la composición x— 0.02, z= 0.The procedure is identical for all the header compositions and here it is specifically described for the composition x— 0.02, z = 0.
Se prepara una disolución hidroalcohólica conteniendo 33,72 g de 2,2' ,2"- nitrilotrietanol (TEA), 10 g de alcohol propílico y menos de lg de agua.A hydroalcoholic solution containing 33.72 g of 2.2 ', 2 "-nitrilotriethanol (TEA), 10 g of propyl alcohol and less than 1 g of water is prepared.
Esta disolución se alcaliniza mediante la adición de 0,80 g de hidróxido sódico sólido. La disolución transparente resultante, A, posee la composiciónThis solution is made alkaline by the addition of 0.80 g of solid sodium hydroxide. The resulting clear solution, A, has the composition
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
correspondiente a las relaciones molares TEA: 1SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) corresponding to molar relationships ASD: 1
NaOH: 0,09 isopropanol: 0,73 moles H20 < 0,24NaOH: 0.09 isopropanol: 0.73 mol H 2 0 <0.24
Un tercio en volumen de la disolución A se mezcla con 0,37 g de ortotitanato de isopropilo y 13,48 g de ortosilicato de etilo (TEOS) bajo agitación suave a 10°C durante 15 minutos. El líquido Bl resultante posee la siguiente composición molar: Si02: 2One third by volume of solution A is mixed with 0.37 g of isopropyl orthotitanate and 13.48 g of ethyl orthosilicate (TEOS) under gentle stirring at 10 ° C for 15 minutes. The resulting liquid Bl has the following molar composition: Si0 2 : 2
Ti02: 0,04Ti0 2 : 0.04
TEA: 6,99ASD: 6.99
NaOH: 0,62 isopropanol: 6,74 etanol: 8,00NaOH: 0.62 isopropanol: 6.74 ethanol: 8.00
H20 < 1,70H 2 0 <1.70
Los dos tercios en volumen de la disolución A restantes se mezclan con 4,23 g de CTAB. Se obtiene así la disolución B2.The remaining two thirds by volume of solution A is mixed with 4.23 g of CTAB. The solution B2 is thus obtained.
De los líquidos Bl y B2 se obtienen, respectivamente, las disoluciones extracto Cl y C2 mediante destilación fraccionada, siguiendo estrictamente los protocolos descritos respectiva-mente en las etapas c y e del procedimiento general.From the liquids Bl and B2, respectively, extract solutions Cl and C2 are obtained by fractional distillation, strictly following the protocols described respectively in steps c and e of the general procedure.
La disolución C se obtiene mezclando las Cl y C2 bajo agitación suave a 30°C. A la disolución C se le añaden, bajo agitación suave a 60 °C, 180 g de agua desmineralizada. La disolución resultante se mantiene bajo agitación, a una temperatura próxima a 20 °C, durante un tiempo de 15 minutos. Tras la adición de agua, la composición global del producto D resultante correspondeSolution C is obtained by mixing Cl and C2 under gentle stirring at 30 ° C. To the solution C, 180 g of demineralized water are added, with gentle stirring at 60 ° C. The resulting solution is kept under stirring, at a temperature close to 20 ° C, for a time of 15 minutes. After the addition of water, the overall composition of the resulting product D corresponds
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
a las relaciones molares.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) to molar relationships.
Si02: 1Si0 2 : 1
Ti02: 0,02Ti0 2 : 0.02
CTAB: 0,20 TEA: 3,50CTAB: 0.20 ASD: 3.50
NaOH: 0,31NaOH: 0.31
H20 154,6H 2 0 154.6
El envejecimiento del producto D se realiza según el protocolo descrito en la etapa h y concretamente: el producto D se somete a agitación continua durante 24 horas a 25 °C de temperatura y latm (101,3 kPa) depresión de aire sintético. El envejecimiento conduce a una suspensión de un sólido en una disolución. El sólido se separa por filtración, se lava tres veces con agua desmineralizada y dos con etanol (94%) y después se mantiene en un desecador sobre cloruro calcico durante 12 horas. El material mesoestructurado así aislado, M, posee una topología hexagonal y un pico intenso a 3,71 nm en su difractograma de rayos X.The aging of product D is carried out according to the protocol described in step h and specifically: product D is subjected to continuous stirring for 24 hours at 25 ° C temperature and latm (101.3 kPa) synthetic air depression. Aging leads to a suspension of a solid in a solution. The solid is filtered off, washed three times with demineralized water and twice with ethanol (94%) and then kept in a desiccator over calcium chloride for 12 hours. The mesostructured material thus isolated, M, has a hexagonal topology and an intense peak at 3.71 nm in its X-ray diffractogram.
El proceso de calcinación para este material, correspondiente a la etapa i del procedimiento general, se realiza en las siguientes condiciones: el material se calcina en atmósfera estanca de aire sintético a latm (101,3 kPa) y 550° C durante 5 horas.The calcination process for this material, corresponding to stage i of the general procedure, is carried out under the following conditions: the material is calcined in a sealed atmosphere of synthetic air at latm (101.3 kPa) and 550 ° C for 5 hours.
El material obtenido tras la etapa i es un silicotitanato mesoporoso de tipo hexagonal [Figura 13 (difractograma a)] con relación molar Si02: 1 Ti02 0,02The material obtained after step i is a mesoporous silicotitanato hexagonal type [Figure 13 (diffractogram)] with molar ratio Si0 2: 1 Ti0 2 0.02
Este material poroso posee un área superficial SBET = 1110 m2/g [Figura 14 (curva a)], un diámetro de poro medio dBJH = 2,80 nm y un pico intenso aThis porous material has a surface area S BET = 1110 m 2 / g [Figure 14 (curve a)], an average pore diameter d BJH = 2.80 nm and an intense peak at
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
4,00 nm en su difractograma de rayos X. Además mantiene sus características topológicas tras tratamientos térmicos en aire a 650 °C duranteSUBSTITUTE SHEET (RULE 26) 4.00 nm in its X-ray diffractogram. It also maintains its topological characteristics after thermal treatments in air at 650 ° C during
12 horas.12 hours.
Ejemplo 7. Silicotitanatos mesoporosos tipo "gusano": (Si02)1.x (Ti02)x (M20)z (0,02 < x <0,34; z <0,01).Example 7. "Worm" mesoporous silicotitates: (Si0 2 ) 1 . x (Ti0 2 ) x (M 2 0) z (0.02 <x <0.34; z <0.01).
La preparación de esta familia sigue estrictamente el protocolo preparativo del ejemplo 6, con la adecuada modificación de la relación molar Ti/Si.The preparation of this family strictly follows the preparative protocol of example 6, with the appropriate modification of the Ti / Si molar ratio.
En concreto, para un valor Ti/Si = 0.53 se utilizan 3,61 g de ortotitanato de isopropilo y 10,62 g de ortosilicato de tetraetilo. El material obtenido tras la etapa i es un silicotitanato mesoporoso de tipo "gusano" [Figura 13In particular, for a Ti / Si value = 0.53, 3.61 g of isopropyl orthotitanate and 10.62 g of tetraethyl orthosilicate are used. The material obtained after stage i is a "worm" mesoporous silicotitanate [Figure 13
(difractograma f); Figura 15 (imagen c)] con la relación molar Si02: 1(diffractogram f); Figure 15 (image c)] with the Si0 2 : 1 molar ratio
Ti02 0,53Ti0 2 0.53
Este material poroso posee un área superficial SBET = 595 m2/g [Figura 14 (curva e)], un diámetro de poro medio dBJH = 2,01 nm y un pico intensp aThis porous material has a surface area S BET = 595 m 2 / g [Figure 14 (curve e)], an average pore diameter d BJH = 2.01 nm and an intense peak
3,52 nm en su difractograma de rayos X. Además mantiene sus características topológicas tras tratamientos térmicos en aire a 650 °C durante3.52 nm in its X-ray diffractogram. It also maintains its topological characteristics after thermal treatments in air at 650 ° C during
12 horas.12 hours.
En la Figura 16 se muestra, además, que para valores Ti/Si < 0,02 [espectro b], la práctica totalidad del titanio se encuentra en coordinación tetraédricaFigure 16 also shows that for Ti / Si values <0.02 [spectrum b], almost all of titanium is in tetrahedral coordination
(una banda de absorción centrada a 220+10 nm).(an absorption band centered at 220 + 10 nm).
Ejemplo 8. Silicocirconatos mesoporosos tipo hexagonal: (SiO^^ ζ¿rO^)x Example 8. Hexagonal mesoporous silicocirconate type: (SiO ^^ ζ¿rO ^) x
(M2O)z (x <0,l; z <0,01).(M 2 O) z (x <0, l; z <0.01).
La preparación de esta familia sigue estrictamente el protocolo preparativo del ejemplo 6, con la adecuada modificación de la relación molar Zr/Si.The preparation of this family strictly follows the preparative protocol of example 6, with the appropriate modification of the Zr / Si molar ratio.
En concreto, para un valor x = 0,09 se utilizan 1,45 g de ortocirconato de isopropilo y 12,83 g de ortosilicatato de tetraetilo. El materialIn particular, for a value x = 0.09, 1.45 g of isopropyl orthocirconate and 12.83 g of tetraethyl orthosilicate are used. The material
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
mesoestructurado obtenido tras la etapa h presenta un pico intenso en su difractograma de rayos-X a 3,94 nm. El material obtenido tras la etapa i es un silicocirconato mesoporoso de tipo hexagonal [Figura 17, espectro correspondiente a la relación Si/Zr = 10; Figura 18 (imagen a)] con la relación molarSUBSTITUTE SHEET (RULE 26) Mesostructured obtained after stage h has an intense peak in its X-ray diffractogram at 3.94 nm. The material obtained after stage i is a hexoponal mesoporous silicocirconate [Figure 17, spectrum corresponding to the Si / Zr = 10 ratio; Figure 18 (image a)] with the molar relationship
Si02: 1Si0 2 : 1
Zr02 0.10Zr0 2 0.10
Este material poroso posee un área superficial SBET = 997 m2/g [Figura 19 (gráfico a)], un diámetro de poro medio dBJH = 2,20 nm y un pico intenso a 3,21 nm en su difractograma de rayos X. Además, mantiene sus características topológicas tras tratamientos térmicos en aire a 7510 °C durante 12 horas.This porous material has a surface area S BET = 997 m 2 / g [Figure 19 (graph a)], an average pore diameter d BJH = 2.20 nm and an intense peak at 3.21 nm in its ray diffractogram X. In addition, it maintains its topological characteristics after heat treatments in air at 7510 ° C for 12 hours.
Ejemplo 9. Silicocirconatos mesoporosos tipo "gusano": (SiO^^ ( r,0^x (M20)z (0,1 < x <0, 77; z <0,01). La preparación de esta familia sigue estrictamente el protocolo preparativo del ejemplo 6, con la adecuada modificación de la relación molar Zr/Si. En concreto, para un valor x= 0,25 se utilizan 4,85 g de ortocirconato de isopropilo y 10,67 g de ortosilicato de tetraetilo. El material mesoestructurado obtenido tras la etapa h presenta un pico intenso en su difractograma de rayos-X a 4,60 nm. El material obtenido tras la etapa i es un silicocirconato mesoporoso de tipo "gusano" [Figura 17, espectro correspondiente a la relación Si/Zr = 3; Figura 18 (imagen c)] con la relación molarExample 9. Mesoporous "worm" type silicocirconate: (SiO ^^ (r, 0 ^ x (M 2 0) z (0.1 <x <0.77; z <0.01). Preparation of this family follows strictly the preparative protocol of example 6, with the appropriate modification of the Zr / Si molar ratio. Specifically, for a value x = 0.25, 4.85 g of isopropyl orthocirconate and 10.67 g of tetraethyl orthosilicate are used The mesostructured material obtained after stage h has an intense peak in its X-ray diffractogram at 4.60 nm The material obtained after stage i is a "worm" mesoporous silicocirconate [Figure 17, spectrum corresponding to the Si / Zr = 3 ratio; Figure 18 (image c)] with the molar ratio
Si02: 1 Zr02 0,30Si0 2 : 1 Zr0 2 0.30
Este material poroso posee un área superficial SBET = 382 m2/g [Figura 19 (gráfico b)], un diámetro de poro medio dBJH = 1,90 nm y un pico intenso a
3,15 nm en su difractograma de rayos X. Además, mantiene sus características topológicas tras tratamientos térmicos en aire a 750 °C durante 12 horas.This porous material has a surface area S BET = 382 m 2 / g [Figure 19 (graph b)], an average pore diameter d BJH = 1.90 nm and an intense peak at 3.15 nm in its X-ray diffractogram. In addition, it maintains its topological characteristics after heat treatments in air at 750 ° C for 12 hours.
Ejemplo 10. Silicovananatos mesoporosos tipo hexagonal:
(V205)x/2 (M20)z (x <0,07; z <0,01).Example 10. Hexagonal mesoporous silicovananates: (V 2 0 5 ) x / 2 (M 2 0) z (x <0.07; z <0.01).
La preparación de esta familia sigue estrictamente el protocolo preparativo del ejemplo 6, con la adecuada modificación de la relación molar V/Si. En concreto, para un valor V/Si = 0,033 se utilizan 0,36 g de ortovananato de isopropilo y 9,25 g de ortosilicato de tetraetilo. El material obtenido tras la etapa h es un silicovanadato mesoestructurado tipo hexagonal que muestra en su espectro de difracción de rayos X un pico intenso a 3,84 nm y otros tres picos de menor intensidad. El material obtenido tras la etapa i es un silicovanadato mesoporosa de tipo hexagonal [Figura 20, espectro correspondiente a la relación Si/V = 30; Figura 21 (imagen a)] con la relación molarThe preparation of this family strictly follows the preparative protocol of example 6, with the appropriate modification of the V / Si molar ratio. In particular, for a value V / Si = 0.033, 0.36 g of isopropyl orthovananate and 9.25 g of tetraethyl orthosilicate are used. The material obtained after step h is a hexagonal mesostructured silicovanadate that shows in its X-ray diffraction spectrum an intense peak at 3.84 nm and three other peaks of less intensity. The material obtained after stage i is a hexagonal mesoporous silicovanadate [Figure 20, spectrum corresponding to the Si / V = 30 ratio; Figure 21 (image a)] with the molar relationship
Si02: 1Si0 2 : 1
V205 0,016V 2 0 5 0.016
Este material poroso posee un área superficial SBET = 1107 m2/g [Figura 22 (gráfico a)], un diámetro de poro medio dBJH = 2,69 nm y un pico intenso a 3,51 nm en su difractograma de rayos X. Además, mantiene sus características topológicas tras tratamientos térmicos en aire a 750 °C durante 12 horas.This porous material has a surface area S BET = 1107 m 2 / g [Figure 22 (graph a)], an average pore diameter d BJH = 2.69 nm and an intense peak at 3.51 nm in its ray diffractogram X. In addition, it maintains its topological characteristics after heat treatments in air at 750 ° C for 12 hours.
Ejemplo 11. Silicovanadatos mesoporosos tipo "gusano":
(V205)x/2 (MzO)z (0,07 < x <0,20; z <0,01).Example 11. "Worm" mesoporous silicovanadates: (V 2 0 5 ) x / 2 (M z O) z (0.07 <x <0.20; z <0.01).
La preparación de esta familia sigue estrictamente el protocolo preparativo del ejemplo 6, con la adecuada modificación de la relación molar V/Si.The preparation of this family strictly follows the preparative protocol of example 6, with the appropriate modification of the V / Si molar ratio.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
En concreto, para un valor V/Si = 0,2 se utilizan 2,70 g de ortovanadato de isopropilo y 4,58 de ortosilicato de tetraetilo. El material mesoestructurado obtenido tras la etapa h presenta un pico intenso en su difractograma de rayos-X a 4,01 nm. El material obtenido tras la etapa i es un silicovanadato mesoporoso de tipo "gusano" [Figura 20, espectro correspondiente a la relación Si/V= 5; Figura 21 (imagen c)] con la relación molar Si02: 1SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) In particular, for a value V / Si = 0.2, 2.70 g of isopropyl orthovanadate and 4.58 of tetraethyl orthosilicate are used. The mesostructured material obtained after step h exhibits an intense peak in its X-ray diffractogram at 4.01 nm. The material obtained after step i is a "worm" mesoporous silicovanadate [Figure 20, spectrum corresponding to the Si / V = 5 ratio; Figure 21 (image c)] with the Si0 2 : 1 molar ratio
V2Os 0,10V 2 O s 0.10
Este material poroso posee un área superficial SBET = 433 m2/g [Figura 22 (gráfico b)], un diámetro de poro medio dBJH = 2,69 nm y un pico intenso a 3,91 nm en su difractograma de rayos X. Además, mantiene sus características topológicas tras tratamientos térmicos en aire a 750 °C durante 12 horas. Ejemplo 12. Siliconiquelatos mesoporosos tipo hexagonal:
(NiO)x (M20)z (x <0,05; z <0,01).This porous material has a surface area S BET = 433 m 2 / g [Figure 22 (graph b)], an average pore diameter d BJH = 2.69 nm and an intense peak at 3.91 nm in its ray diffractogram X. In addition, it maintains its topological characteristics after heat treatments in air at 750 ° C for 12 hours. Example 12. Hexagonal mesoporous siliconiclate type: (NiO) x (M 2 0) z (x <0.05; z <0.01).
La preparación de esta familia sigue estrictamente el protocolo preparativo del ejemplo 6, con la adecuada modificación de la relación molar Ni/Si. En concreto, para un valor Ni/Si = 0,034 se utilizan 0,35 g de NiCl2'6H20. El material mesoestructurado obtenido tras la etapa h presenta un pico intenso en su difractograma de rayos-X a 4,10 nm y otros tres picos de menor intensidad. El material obtenido tras la etapa i es un siliconiquelato mesoporoso de tipo hexagonal [Figura 23, espectro correspondiente a la relación Si/Ni = 29; Figura 24 (imagen a)] con la relación molar Si02: 1 Ni02 0.034The preparation of this family strictly follows the preparative protocol of example 6, with the appropriate modification of the Ni / Si molar ratio. Specifically, for a Ni / Si value = 0.034, 0.35 g of 2 '6H 2 0 NiCl is used. The mesostructured material obtained after step h has an intense peak in its X-ray diffractogram at 4.10 nm and three other peaks of less intensity. The material obtained after step i is a hexagonal mesoporous siliconiquelate [Figure 23, spectrum corresponding to the Si / Ni ratio = 29; Figure 24 (image a)] with Si0 2 molar ratio: 1 2 0.034 NI0
Este material poroso posee un área superficial SBET = 894 m /g [Figura 25 (gráfico a)], un diámetro de poro medio dBJH = 2,87 nm y un pico intenso aThis porous material has a surface area S BET = 894 m / g [Figure 25 (graph a)], an average pore diameter d BJH = 2.87 nm and an intense peak at
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
3,50 nm en su difractograma de rayos X. Además, mantiene sus características topológicas tras tratamientos térmicos en aire a 650 °C durante 12 horas.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) 3.50 nm in its X-ray diffractogram. In addition, it maintains its topological characteristics after thermal treatments in air at 650 ° C for 12 hours.
Ejemplo 13. Siliconiquelatos mesoporosos tipo "gusano ": (SiOJ^ (NiO)x 5 (M20)z (0,05 < x <0,10; z <0,01). La preparación de esta familia sigue estrictamente el protocolo preparativo del ejemplo 6, con la adecuada modificación de la relación molar Ni/Si. En concreto, para un valor Ni/Si= 0,083 se utilizan 1,05 g de Ni026H20. El material mesoestructurado obtenido tras la etapa h presenta un pico 0 intenso en su difractograma de rayos-X a 4,75. El material obtenido tras la etapa i es un siliconiquelato mesoporoso de tipo "gusano" [Figura 23, espectro correspondiente a la relación Si/Ni— 12; Figura 24 (imagen c)] con la relación molarExample 13. "Worm" mesoporous siliconiclates: (SiOJ ^ (NiO) x 5 (M 2 0) z (0.05 <x <0.10; z <0.01). The preparation of this family strictly follows the preparative protocol of example 6, with the appropriate modification of the Ni / Si molar ratio. Specifically, for a Ni / Si value = 0.083 1.05 g of Ni0 2 6H 2 0 are used. The mesostructured material obtained after step h it has an intense peak 0 in its X-ray diffractogram at 4.75 The material obtained after stage i is a "worm" mesoporous siliconiquelate [Figure 23, spectrum corresponding to the Si / Ni-12 ratio; Figure 24 (image c)] with the molar relationship
Si02: 1Si0 2 : 1
15 Ni02 0.08315 Ni0 2 0.083
Este material poroso posee un área superficial SBET = 831 m2/g [Figura 25 (gráfico b)], un diámetro de poro medio d^ = 2,72 nm y un pico intenso a 4,41 nm en su difractograma de rayos X. Además, mantiene sus características topológicas tras tratamientos térmicos en aire a 650 °C durante 20 12 horas.This porous material has a surface area S BET = 831 m 2 / g [Figure 25 (graph b)], an average pore diameter d ^ = 2.72 nm and an intense peak at 4.41 nm in its ray diffractogram X. In addition, it maintains its topological characteristics after thermal treatments in air at 650 ° C for 20 12 hours.
Ejemplo 14. Silicoaluminotitanatos mesoporosos tipo "gusano ": (SiO JtA J^CπOJ^M (M20)z (0,001 <x <0,485; 0 <y <1; z < 0,01).Example 14. "Worm" mesoporous silicoaluminotitanatos: (SiO JtA J ^ CπOJ ^ M (M 2 0) z (0.001 <x <0.485; 0 <and <1; z <0.01).
La preparación de esta familia sigue estrictamente el protocolo preparativo 25 del ejemplo 6, empleando tres alcóxidos metálicos en las proporciones molares adecuadas. En concreto, para un valor Ti/Si= 0,37 y Al/Si= 0,2 se utilizan 9,17 g deThe preparation of this family strictly follows the preparative protocol 25 of Example 6, using three metal alkoxides in suitable molar proportions. Specifically, for a value of Ti / Si = 0.37 and Al / Si = 0.2, 9.17 g of
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
ortosilicato de etilo, 4,12 g de ortotitanato de isopropilo y 1,79 g de ortoaluminato de secbutilo. El material mesoestructurado obtenido tras la etapa h presenta un único pico de difracción . de rayos X_a un valor de espaciado de 3,8 nm [Figura 26 (difractograrna a)]. El material obtenido tras la etapa i es un silicoaluminotitanato mesoporoso de tipo "gusano" [Figura 26 (difractograma b)] con la relación molar Si02: 1SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) ethyl orthosilicate, 4.12 g of isopropyl orthotitanate and 1.79 g of sec-butyl orthoaluminate. The mesostructured material obtained after step h has a single diffraction peak . X-ray with a spacing value of 3.8 nm [Figure 26 (diffractograrna a)]. The material obtained after step i is a "worm" mesoporous silicoaluminotitanate [Figure 26 (diffractogram b)] with the Si0 2 : 1 molar ratio
Ti02: 0,37Ti0 2 : 0.37
A1203 0,10 Este material poroso posee un área superficial SBET = 707 m2/g [Figura 27 (curvas a)], un diámetro de poro medio d^ = 2,15 nm y un pico intenso a 4,40 nm en su difractograma de rayos X. Además, mantiene sus características topológicas tras tratamientos térmicos en aire a 750 °C durante 12 horas. Siguiendo el mismo procedimiento se pueden preparar otros óxidos ternarios con distinta composición. Por ejemplo, un silicoaluminotitanato con composición Ti/Si = 0,182 y Al/Si = 0,256 [Figura 26 (difractogramas c y d); Figura 27 (curvas b)]. Ejemplo 15. Silicotitanocirconatos mesoporosos tipo "gusano ":
(0,005 <x <0,50; 0 <y <1, z <0,01). La preparación de esta familia sigue estrictamente el protocolo preparativo del ejemplo 6, empleando tres alcóxidos metálicos en las proporciones molares adecuadas. En concreto, para un valor Ti/Si = 0,025 y Zr/Si - 0,16 se utilizan 9,25 g de ortosilicato de etilo, 0,108 g de ortotitanato de isopropilo y 1,46 g de ortocirconato de isopropilo. El material mesoestructurado obtenido tras la etapa h presenta un único pico de difracción de rayos X a un valor deA1 2 0 3 0.10 This porous material has a surface area S BET = 707 m 2 / g [Figure 27 (curves a)], a mean pore diameter d ^ = 2.15 nm and an intense peak at 4, 40 nm in its X-ray diffractogram. In addition, it maintains its topological characteristics after heat treatments in air at 750 ° C for 12 hours. Following the same procedure, other ternary oxides with different composition can be prepared. For example, a silicoaluminotitanate with composition Ti / Si = 0.182 and Al / Si = 0.256 [Figure 26 (cyd diffractograms); Figure 27 (curves b)]. Example 15. Mesoporous "worm" mesotorous silicone (0.005 <x <0.50; 0 <y <1, z <0.01). The preparation of this family strictly follows the preparative protocol of Example 6, using three metal alkoxides in suitable molar proportions. In particular, for a Ti / Si value = 0.025 and Zr / Si-0.16, 9.25 g of ethyl orthosilicate, 0.108 g of isopropyl orthotitanate and 1.46 g of isopropyl orthocirconate are used. The mesostructured material obtained after step h has a single X-ray diffraction peak at a value of
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
espaciado de 3,20 nm. El material obtenido tras la etapa i es un silicotitanocirconato mesoporoso de tipo "gusano" [Figura 28] con la relación molarSUBSTITUTE SHEET (RULE 26) 3.20 nm spacing. The material obtained after stage i is a "worm" mesoporous silicotitanocirconate [Figure 28] with the molar ratio
Si02: 1 Ti02: 0,025Si0 2 : 1 Ti0 2 : 0.025
Zr02 0,16Zr0 2 0.16
Este material poroso posee un área superficial SBET = 848 m2/g [Figura 29], un diámetro de poro medio dBJH = 2,70 nm y un pico intenso a 3,50 nm en su difractograma de rayos X. Además, mantiene sus características topológicas tras tratamientos térmicos en aire a 700 °C durante 12 horas.This porous material has a surface area S BET = 848 m 2 / g [Figure 29], a mean pore diameter d BJH = 2.70 nm and an intense peak at 3.50 nm in its X-ray diffractogram. In addition, maintains its topological characteristics after heat treatments in air at 700 ° C for 12 hours.
Ejemplo 16. Aluminofosfatos mesoporosos tipo "gusano": (Al203) x(P20^x (M20)z (0,001 <x <0,80; z <0,01).Example 16. Mesoporous "worm" aluminum phosphates: (Al 2 0 3 ) x (P 2 0 ^ x (M 2 0) z (0.001 <x <0.80; z <0.01).
El procedimiento es idéntico para todas las composiciones del encabezamiento y aquí se describe concretamente para la composición x— 0,43, z= 0.The procedure is identical for all header compositions and here it is specifically described for the composition x— 0.43, z = 0.
Se prepara una disolución hidroalcohólica conteniendo 11,24 g de 2,2' ,2"- nitrilotrietanol (TEA), 5 g de alcohol secbutüico y menos de lg de agua. La disolución transparente resultante, A, posee la composición correspondiente a las relaciones molares TEA: 1 secbutanol: 0,90A hydroalcoholic solution is prepared containing 11.24 g of 2.2 ', 2 "- nitrilotriethanol (TEA), 5 g of secbuturic alcohol and less than lg of water. The resulting transparent solution, A, has the composition corresponding to the ratios TEA molars: 1 secbutanol: 0.90
H20 < 0,74 molesH 2 0 <0.74 moles
Un tercio en volumen de la disolución A se mezcla con 4,90 g de ortoaluminato de secbutilo bajo agitación suave a 10°C durante 15 minutos. El líquido Bl resultante posee la siguiente composición molar: A1203: 1One third by volume of solution A is mixed with 4.90 g of sec-butyl orthoaluminate under gentle stirring at 10 ° C for 15 minutes. The resulting liquid Bl has the following molar composition: A1 2 0 3 : 1
TEA: 7,5ASD: 7.5
HOJA DE SUSTITUCIÓN REGLA 26
secbutanol: 12,75SUBSTITUTE SHEET RULE 26 secbutanol: 12.75
H20 < 5,50H 2 0 <5.50
Los dos tercios en volumen de la disolución A restantes se mezclan con 2,10 g de CTAB. Se obtiene así la disolución B2. De los líquidos Bl y B2 se obtienen, respectivamente, las disoluciones extracto Cl y C2 mediante destilación fraccionada, siguiendo estrictamente los protocolos descritos respectivamente en las etapas c y e del procedimiento general. La disolución C se obtiene mezclando las Cl y C2 bajo agitación suave a 30 °C. A la disolución C se le añaden, bajo agitación suave a 30 °C, 43 g de agua desmineralizada. La disolución resultante se mantiene bajo agitación, a una temperatura próxima a 20 °C, durante un tiempo de 10 minutos. Tras la adición de agua, se añaden, bajo agitación vigorosa, 10 mi de una disolución que contiene 0,55 moles de H3P04. Se observa la precipitación de un sólido de color blanco. La composición global del producto D resultante corresponde a las relaciones molares A1203: 1The remaining two thirds by volume of solution A is mixed with 2.10 g of CTAB. The solution B2 is thus obtained. From the liquids Bl and B2, respectively, the extract solutions Cl and C2 are obtained by fractional distillation, strictly following the protocols described respectively in the steps c and of the general procedure. Solution C is obtained by mixing Cl and C2 under gentle stirring at 30 ° C. To the solution C, 43 g of demineralized water are added, with gentle stirring at 30 ° C. The resulting solution is kept under stirring, at a temperature close to 20 ° C, for a time of 10 minutes. After the addition of water, 10 ml of a solution containing 0.55 moles of H 3 P0 4 are added under vigorous stirring. The precipitation of a white solid is observed. The overall composition of the resulting product D corresponds to the molar ratios A1 2 0 3 : 1
TEA: 7,5ASD: 7.5
H3P04: 55 H20 55H 3 P0 4 : 55 H 2 0 55
El envejecimiento del producto D se realiza según el protocolo descrito en la etapa h, y concretamente: el producto D se somete a agitación continua durante 24 horas a 25 °C de temperatura y latm (101,3 kPa) depresión de aire sintético. El sólido se separa por filtración, se lava tres veces con agua desmineralizada y dos con etanol (94%) y después se mantiene en un desecador sobre cloruro calcico durante 12 horas. El material mesoestructurado así aislado, M, poseeThe aging of product D is carried out according to the protocol described in step h, and specifically: product D is subjected to continuous stirring for 24 hours at 25 ° C temperature and latm (101.3 kPa) synthetic air depression. The solid is filtered off, washed three times with demineralized water and twice with ethanol (94%) and then kept in a desiccator over calcium chloride for 12 hours. The mesostructured material thus isolated, M, has
HOJA DE SUSTITUCIÓN REGLA
una topología tipo "gusano" y un pico intenso a 4,1 nm en su difractograma de rayos X.SUBSTITUTE SHEET RULE a "worm" type topology and an intense peak at 4.1 nm in its X-ray diffractogram.
El proceso de calcinación para este material, correspondiente a la etapa i del procedimiento general, se realiza en las siguientes condiciones: el material se calcina en atmósfera dinámica de aire sintético a latm (101,3 kPa) y 300 °C durante 2 horas, seguido de un segundo tratamiento en la misma atmósfera a 400 °C durante 2 horas, y de un tercer tratamiento a 500 °C durante 5 horas.The calcination process for this material, corresponding to stage i of the general procedure, is carried out under the following conditions: the material is calcined in a dynamic atmosphere of synthetic air at latm (101.3 kPa) and 300 ° C for 2 hours, followed by a second treatment in the same atmosphere at 400 ° C for 2 hours, and a third treatment at 500 ° C for 5 hours.
El material obtenido tras la etapa i es un aluminofosfato mesoporoso de tipo "gusano" [Figura 30 (imagen a); Figura 31 (difractograma c)] con relación molarThe material obtained after step i is a "worm" mesoporous aluminophosphate [Figure 30 (image a); Figure 31 (diffractogram c)] with molar relationship
A1203: 1A1 2 0 3 : 1
P205 0,74P 2 0 5 0.74
Este material poroso posee un área superficial SBET = 480 m2/g, un diámetro de poro medio d^ = 1,30 nm y un pico intenso a 2,80 nm en su difractograma de rayos X.This porous material has a surface area S BET = 480 m 2 / g, an average pore diameter d ^ = 1.30 nm and an intense peak at 2.80 nm in its X-ray diffractogram.
La variación en la cantidad de ácido fosfórico (Al:m H3P04, 0.12 m < 1,5) introducido después del agua en el procedimiento objeto de esta invención permite modular el tamaño de poro desde los micro (1,3 nm) [Figura 30 (imagen a); Figura 31 (difractograma c)] a los mesoporos (3,7 nm) [Figura 30 (imagen b); Figura 31 (difractograma a)]. Ejemplo 17. Silicoaluminofosfatos mesoporosos tipo "gusano": (A OJt P.OJ^SiOJ^M.O), (0,15 <x < 0,80; 0 <y <0,80,z < 0,01). La preparación de esta familia sigue estrictamente el protocolo preparativo del ejemplo 16 empleando dos alcóxidos metálicos en las proporciones molares adecuadas.The variation in the amount of phosphoric acid (Al: m H 3 P0 4 , 0.12 m <1.5) introduced after water in the process object of this invention allows to modulate the pore size from the micro (1.3 nm) [Figure 30 (image a); Figure 31 (diffractogram c)] to the mesopores (3.7 nm) [Figure 30 (image b); Figure 31 (diffractogram a)]. Example 17. "Worm" mesoporous silicoaluminophosphates: (A OJ t P.OJ ^ SiOJ ^ MO), (0.15 <x <0.80; 0 <y <0.80, z <0.01). The preparation of this family strictly follows the preparative protocol of Example 16 using two metal alkoxides in suitable molar proportions.
HOJA DE SUSTITUCIÓN REGLA 2
El procedimiento es idéntico para todas las composiciones del encabezamiento y aquí se describe concretamente para la composición x = 0,68, y -0,39, z = 0. Se utilizan 1,48 g de ortosilicato de etilo y 3,18 g de ortoaluminato de isopropilo. El material mesoestructurado obtenido tras la etapa h presenta un único pico de difracción de rayos X a un valor de espaciado de 3,8 nm. El material obtenido tras la etapa i es un silicoaluminofosfato mesoporoso de tipo "gusano" [Figura 32 (difractograma a)] con la relación molarSUBSTITUTE SHEET RULE 2 The procedure is identical for all the header compositions and here specifically described for the composition x = 0.68, and -0.39, z = 0. 1.48 g of ethyl orthosilicate and 3.18 g of isopropyl orthoaluminate. The mesostructured material obtained after step h has a single X-ray diffraction peak at a spacing value of 3.8 nm. The material obtained after stage i is a "worm" mesoporous silicoaluminophosphate [Figure 32 (diffractogram a)] with the molar ratio
A1203: 1 Si02: 0,86A1 2 0 3 : 1 Si0 2 : 0.86
PA 0,66PA 0.66
Este material poroso posee un área superficial SBET = 640 m2/g, un diámetro de poro medio dBJH = 1,81 nm [Figura 33 (curvas a)] y un pico intenso a 3,33 nm en su difractograma de rayos X. Siguiendo el mismo procedimiento se pueden preparar fosfatos mixtos de aluminio y titanio. Por ejemplo, en las Figuras 32 (difractograma b) y 33 (curvas b) se muestran, respectivamente, el espectro de difracción de rayos X y la curva de adsorción de nitrógeno de un sólido que presenta la siguiente composición referida a composiciones molares: P/Al = 0,60 y Ti/ Al = 0,13.This porous material has a surface area S BET = 640 m 2 / g, an average pore diameter d BJH = 1.81 nm [Figure 33 (curves a)] and an intense peak at 3.33 nm in its ray diffractogram X. Following the same procedure, mixed aluminum and titanium phosphates can be prepared. For example, Figures 32 (diffractogram b) and 33 (curves b) show, respectively, the X-ray diffraction spectrum and the nitrogen adsorption curve of a solid having the following composition referring to molar compositions: P / Al = 0.60 and Ti / Al = 0.13.
Ejemplo 18. Preparación de NaxjSi48_xAlx096j.l6H2O con estructura cristalina de analcima.Example 18. Preparation of Na x jIf 48 _ x A x 0 96 j.l6H 2 O with analcime crystal structure.
Se prepara una disolución hidroalcohólica conteniendo 10,44 g de 2,2' ,2"- nitrilotrietanol (TEA), 5 g de alcohol secbutílico y menos de 1 g de agua. Esta disolución se alcaliniza mediante la adición de 3,6 g de hidróxido sódico sólido. La disolución transparente resultante, A, posee la composición correspondiente a las relaciones molaresA hydroalcoholic solution containing 10.44 g of 2,2 ', 2 "-nitrilotriethanol (TEA), 5 g of secbutyl alcohol and less than 1 g of water is prepared. This solution is made alkaline by the addition of 3.6 g of solid sodium hydroxide The resulting clear solution, A, has the composition corresponding to the molar ratios
HOJA DE SUSTITUCIÓN RE
TEA: 1RE SUBSTITUTE SHEET ASD: 1
NaOH: 1,29 secbutanol: 1,19NaOH: 1.29 secbutanol: 1.19
H20 < 0,79 La disolución A se mezcla con 10,44 g de ortoaluminato de secbutilo y 9,37 g de ortosilicato de etilo (TEOS) bajo agitación suave a 15°C durante 15 minutos. El líquido Bl resultante posee la siguiente composición molar: Si02: 1H 2 0 <0.79 Solution A is mixed with 10.44 g of sec-butyl orthoaluminate and 9.37 g of ethyl orthosilicate (TEOS) under gentle stirring at 15 ° C for 15 minutes. The resulting liquid Bl has the following molar composition: Si0 2 : 1
A1203: 0,50 TEA: 1,55A1 2 0 3 : 0.50 ASD: 1.55
NaOH: 2,00 secbutanol: 29,40 etanol: 4,00NaOH: 2.00 secbutanol: 29.40 ethanol: 4.00
H20 < 1,22 Del líquido Bl se obtiene la disolución extracto Cl mediante destilación fraccionada, siguiendo estrictamente los protocolos descritos en el procedimiento general.H 2 0 <1.22 From liquid Bl, the Cl extract solution is obtained by fractional distillation, strictly following the protocols described in the general procedure.
La disolución C (que en este caso es idéntica a Cl) se mantiene bajo agitación suave a 20 °C. A la disolución C se le añaden, bajo agitación suave a 5°C, 63 g de agua desmineralizada. La disolución resultante se mantiene bajo agitación, a una temperatura próxima a 20 °C, durante un tiempo de 2 minutos. Transcurrido este tiempo la composición global del gel D resultante corresponde a las relaciones molares Si02: 1 A1203: 0,50Solution C (which in this case is identical to Cl) is kept under gentle agitation at 20 ° C. To the solution C, 63 g of demineralized water is added under gentle stirring at 5 ° C. The resulting solution is kept under stirring, at a temperature close to 20 ° C, for a time of 2 minutes. After this time the overall composition of the resulting gel D corresponds to the molar ratios Si0 2 : 1 A1 2 0 3 : 0.50
TEA: 1,55ASD: 1.55
NaOH: 2,00NaOH: 2.00
HOJA DE SUSTITUCIÓN
H20 77,77SUBSTITUTE SHEET H 2 0 77.77
El envejecimiento del gel D se realiza según el protocolo descrito en la etapa h y concretamente: se aplica al producto D un tratamiento hidrotérmico en autoclave durante 8 días a 18QPC de temperatura y presión autógena. El envejecimiento conduce a una suspensión de un sólido en una disolución. El sólido se separa por filtración, se lava tres veces con agua desmineralizada, dos con etanol (94%) y después se mantiene en un desecador sobre cloruro calcico durante 12 horas. El material así obtenido presenta un difractograma de rayos X típico de la analcima [Figura 34]. La composición molar resultante es:The aging of the gel D is carried out according to the protocol described in step h and specifically: an autoclave hydrothermal treatment is applied to the product D for 8 days at 18QPC of autogenous temperature and pressure. Aging leads to a suspension of a solid in a solution. The solid is filtered off, washed three times with demineralized water, two with ethanol (94%) and then kept in a desiccator over calcium chloride for 12 hours. The material thus obtained has a typical X-ray diffractogram of the analcime [Figure 34]. The resulting molar composition is:
Si02: 1Si0 2 : 1
A1203: 0,47A1 2 0 3 : 0.47
Na20. 0.47 Este protocolo preparativo es aplicable a otras zeolitas. Si se requiere algún agente plantilla orgánico, este se puede adicionar en la etapa d del procedimiento general.Na 2 0. 0.47 This preparatory protocol is applicable to other zeolites. If an organic template agent is required, it can be added in stage d of the general procedure.
Ejemplo 19. Utilización de los silicotitanatos mesoporosos en la oxidación catalítica de ciclohexeno. Se introdujeron en un reactor de vidrio 2,274 g de ciclohexeno, 1,041 g de terbutilhidroperóxido, y 0,15 g de catalizador con una relación molar Si/Ti = 49,9, obtenido según se describe en el ejemplo 7. Se mantiene la mezcla con agitación a la temperatura de reacción de 70 °C. Al cabo de 5 horas la conversión con respecto al oxidante fue del 97%, siendo la selectividad a epóxido del 98%.Example 19. Use of mesoporous silicotitates in the catalytic oxidation of cyclohexene. 2.274 g of cyclohexene, 1.041 g of terbutylhydroperoxide, and 0.15 g of catalyst with a Si / Ti molar ratio = 49.9, obtained as described in example 7, were introduced into a glass reactor. stirring at the reaction temperature of 70 ° C. After 5 hours the conversion with respect to the oxidant was 97%, the epoxide selectivity being 98%.
Los sólidos obtenidos en el ejemplo 7, con contenidos en titanio comprendidos en el rango 8,0 < Si/Ti ≤ 49,9, muestran valores similares deThe solids obtained in example 7, with titanium contents in the range 8.0 <Si / Ti ≤ 49.9, show similar values of
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
conversión y selectividad.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) Conversion and selectivity
5 0fifty
3535
4040
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)