WO2015126236A1 - Method for obtaining a composite aluminosilicate material containing alumina and nanozeolite - Google Patents

Method for obtaining a composite aluminosilicate material containing alumina and nanozeolite Download PDF

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WO2015126236A1
WO2015126236A1 PCT/MX2015/000034 MX2015000034W WO2015126236A1 WO 2015126236 A1 WO2015126236 A1 WO 2015126236A1 MX 2015000034 W MX2015000034 W MX 2015000034W WO 2015126236 A1 WO2015126236 A1 WO 2015126236A1
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zeolite
composite material
aluminosilicate
solution
alumina
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PCT/MX2015/000034
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Sergio FUENTES MOYADO
Andrey Efimov
Vitalii PETRANOVSKII
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Universidad Nacional Autónoma de México
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    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B39/00Compounds having molecular sieve and base-exchange properties, e.g. crystalline zeolites; Their preparation; After-treatment, e.g. ion-exchange or dealumination
    • C01B39/02Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof; Direct preparation thereof; Preparation thereof starting from a reaction mixture containing a crystalline zeolite of another type, or from preformed reactants; After-treatment thereof
    • C01B39/20Faujasite type, e.g. type X or Y
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C01B39/20Faujasite type, e.g. type X or Y
    • C01B39/24Type Y

Definitions

  • the present invention relates to composite zeolite-alumina materials and the process for obtaining them, and more particularly, is linked to a process for the production of an aluminosilicate composite material containing alumina and zeolite which is obtained by means of the hydrothermal synthesis of zeolite in a macro-heterogeneous system in the presence of alumina, which simultaneously serves as a reaction component and as a support for the resulting zeolite.
  • the aluminosilicate material composed of the alumina-grown zeolite is prepared from a mixture of reagents for the synthesis of zeolite, to which gamma-alumina powder is added. Subsequently, an in-situ hydrothermal crystallization of the zeolite is performed.
  • the process for the preparation of different aluminosilicate composite materials with a variety of zeolites can be modified by changing the composition of the reactant mixture and the conditions for synthesis.
  • the zeolites belong to a family of crystalline aluminosilicates, whose structure is a regular network of channels and micropores with a cross-section of 0.3-1.0 nm, depending on the type of zeolite. With a high adsorption capacity, zeolites also show selectivity, which is determined by the size and identical shape of the pores. The "molecular sieve" effect is used in adsorption, separation and catalysis. Although the zeolites have been used recently As matrices for the creation of new materials (photoelectronics, sensors, etc.), catalysis remains the most important area of application of zeolites. More than 40% of the catalysts in the modern chemical industry are zeolites, mainly in the processes of purification, oil cracking and organic synthesis.
  • the success of zeolite applications is also based on their properties, such as the ion exchange capacity, acidity and stability of the crystalline structure.
  • the structure of the zeolites is constituted by an aluminosilicate framework, composed of oxygen tetrahedra centered with a Si or Al ion, with the formula Si (AI) 0 4 .
  • the presence of trivalent aluminum ions within the tetrahedron AI0 4 implies the formation of a negative charge, which is compensated by the presence of cations outside the crystalline network (in most cases by Na + ), producing a large capacity of ion exchange
  • a proton form of the zeolites can be prepared, which have, in addition to the Lewis-type acid centers, Bronsted-type acid centers.
  • the acidity strength can vary significantly.
  • zeolite including redox
  • properties of zeolite, including redox can be modified by the incorporation of transition metals, as charge-compensating ions, or by the incorporation of complex compounds, as well as directly by the isomorphic substitution of Al in the crystalline lattice. of the zeolite
  • Zeolites especially zeolites Y (faujasite family, FAU), as well as type ⁇ or ZSM-5, are widely used in catalysts of hydrocracking, fluidized catalytic cracking (FCC), alkylation and transalkylation of aromatic compounds, or catalytic disintegration because they have a large internal surface (microporosity), with a uniform and complex system of channels, high adsorption capacity, high thermal and hydrothermal stability, and pronounced selectivity in catalysis as can be seen in publications A. Corma, Chem. Rev. 97 (1997) 2373; A. Corma, Chem. Rev. 95 (1995) 559 and ME Davis, Nature
  • zeolite Y is one of the main active ingredients in the catalyst. This is mainly due to its properties, such as the large area provided by the channels and pores with a diameter of 7.4 A, the presence of strong Bronsted acid centers (in its H + form), good thermal stability, and low cost.
  • zeolites such as Y, beta, ZSM-5
  • zeolites greatly limit the transfer of mass in catalysis, which affects their performance.
  • the large molecules of the reagents cannot come into contact with the active centers in these small micropores [4-6]. Therefore, the presence exclusively of microscopic pores ⁇ 1.5 nm is a limiting factor for the efficacy of zeolite-based catalysts, (especially for cracking conditions (FCC)), set forth in articles P. Kortunov, et. al., J. Am. Chem. Soc. 127 (2005) 13055-13059 and J. Garc ⁇ a-Mart ⁇ nez, e. al., Chem. Commun. 48 (2012) 11841-11843.
  • An attractive method for developing mesoporosity in a synthesized zeolite is the use of porous carbon or nanotubes or carbon fibers by introduction to the gel for the synthesis exposed in /. Schmidt, et.al., Chem. Mater. 13 (2001) 4416-4418; Y. Tao, et. al., J. Phys. Chem. B 109 (2005) 194-199; and, A. H. Janssen, et. al., Micropor. Mesopor. Mater. 65 (2003) 59-75.
  • mesoscale templates such as cationic polymers and organosilanes.
  • Mesoporous zeolites exhibit better catalytic properties compared to conventional zeolites as set forth in F.- S. Xiao, et. to the. Chem., Int. Ed. 45 (2006) 3090; S. Liu, et. to the. Coll. Suri. A 318 (2008) 269;
  • Hydrothermal steam treatment and acid leaching of zeolites are common methods to obtain a higher mesoporosity of crystals, for example of zeolite Y, as set forth in US 5,601,798; US 5,069,890; US 5, 112,473; US 4,269,815; RU 2, 127,227; and, RU 2213055.
  • the zeolite undergoes several stages of processing with a view to its stabilization and desalumination. As a result of this process, the zeolite produced has a reduced value of the unit cell constant (at 0 ) and an increase in the Si / Al ratio.
  • Three kinds of stabilized Y zeolite are known: ultrastable Y zeolite ("USY”), superultrable Y zeolite (“VUSY”) and ultrastable super-skimmed Y zeolite (“SDUSY").
  • mesopores typically with a diameter of 2 to 50 nm.
  • a limited volume of mesopores can be a serious disadvantage in the processes in which coke is formed on such catalysts. Examples of these processes are cracking or hydrocracking heavy crudes.
  • the first product of the synthesis of zeolite Y shows mesopores of volume ⁇ at 0.05 cm 3 / g.
  • USY type materials ⁇ 0.17 cm 3 / g; in VUSY type materials, ⁇ 0.22 cm 3 / g and in SDUSY type materials, ⁇ 0.25 cm 3 / g.
  • a synthesis method of USY for example, described in US Patent 5,069,890 of 1991, consists of a calcination of zeolite Y, previously misaligned with steam at high temperatures for a long period, usually 16 to 24 hours.
  • the method does not allow a substantial increase in said pores.
  • the above has stimulated the development of other methods of obtaining the mesoporous zeolitic material.
  • the method proposed here is through the direct synthesis of zeolite crystallites in alumina.
  • An alternative method for eliminating the limitations of diffusion in the microporosity of zeolites is the use of nanoscale zeolite crystals. Normally, the crystal size of synthetic zeolites is a few you love The reduction of the size of the crystals in orders of magnitude (up to 100 nm or less) results in a very significant reduction of the mean free path of the reagent molecules within the crystal.
  • the variables that affect the size of the crystal of Y are the temperature, the aging time, the alkalinity and the water content as can be read in the previously mentioned articles S. Mintova, et. to the. Chem., Int. Ed. 38 (1999) 3201-3204 and O. Larlus, S. Mintova, T. Bein, Micropor. Mesopor. Mater. 96 (2006) 405-412.
  • Zeolite nano-crystals are usually synthesized through hydrothermal processes that use transparent aluminosilicate solutions, commonly in the presence of organic additives as templates.
  • the nano-crystalline faujasite zeolite (FAU) has been synthesized using tetramethylammonium (TMA) as a template.
  • TMA tetramethylammonium
  • Synthetic methods employ different molecules as templates, such as tetrapropylammonium hydroxide (TPAOH) for silicalite and ZSM-5, and tetramethylammonium hydroxide (TMAOH) for zeolite Y.
  • TMAOH tetrapropylammonium hydroxide
  • TMAOH tetramethylammonium hydroxide
  • Y zeolite Y
  • TMA template applied for the synthesis of Y, can be used. also for the growth of zeolite A.
  • the template acts as the structure's directing agent and is subsequently removed (postsynthesis) by high temperature calcination, in the air or in pure oxygen. Crystallization conditions are carefully controlled so that nucleation is favored over crystal growth. This is generally achieved through low temperatures of synthesis. On the other hand, low temperatures also slow down the two processes, nucleation and crystal growth, and, therefore, the synthesis time is prolonged and the yields are low.
  • the crystallization of the zeolite is carried out in a stainless steel autoclave coated with Teflon. After being filled with the transparent solution prepared, the autoclave is completely sealed and heated to 100 ° C. The crystallization time is 6 days. The solid product is recovered by centrifugation, washed several times with distilled water, dried overnight at 80 ° C and calcined in air at 550 ° C for 8 h, to burn the organic template.
  • TMAOH tetramethylammonium hydroxide
  • TEAOH tetraethylammonium
  • TSAOH tetrabutylammonium
  • TPAOH tetrapropylammonium
  • the crystalline yield of nanometer-sized zeolites is typically low (O. Larlus, et. Al. Micropor. Mesopor. Mater. 96 (2006) 405-412.
  • the NaAI0 2 was freshly prepared from AI (OH) 3 and NaOH.
  • the SM-30 solution of colloidal silica (Aldrich), silica fume (Sigma), and TEOS (tetraethyl orthosilicate, Aldrich) were chosen as the silicate sources, without a significant difference observed in the final particle size.
  • Hydrothermal crystallization was carried out at 60 ° C for 2-4 days on a stirrer with a rotation speed of 250 rpm.
  • larger FAU zeolite particle sizes were synthesized with exactly the same aluminosilicate gel composition, but hydrothermal crystallization was carried out at 90 ° C for 2 days, without stirring.
  • the two-stage variable temperature program promotes the synthesis of NaY zeolite.
  • the particle size distribution of the synthesized sample is 0.12 ⁇ 0.85 microns.
  • the lower temperature in the initial stage is favorable for rapid nucleation of NaY zeolite with insignificant crystal growth, and the subsequent higher temperature is beneficial for crystal growth.
  • the crystallization rate and the composition of the crystalline products depend largely on the aging time and the temperature. Compared to the non-aged sample, the average particle size of the aged products decreased from 2.8 to 0.25 m and the general particle distribution decreased from the range 0.5-5 ⁇ to 0.05-0.8 ⁇ .
  • the desired balance between the activity of the acid sites and the characteristics of the catalyst surface is achieved through the use of composite materials.
  • the composite material may be a mixture of this with other oxides.
  • they may be mixtures of zeolite with alumina and / or silica. The latter are also widely used independently as inert, or active substrates, when the main components of a catalyst are transition metal compounds, somehow attached to the support.
  • a catalyst formed by a combination of all these elements (aluminum oxide and (or) silicon, together with zeolite, other transition metal compounds) has a multifunctional nature and has both acid-base and redox activity; furthermore, it shows the inherent properties of sorption and molecular sieve, thus having a certain specific and selective activity.
  • the most common method of producing a compound composed of oxide and zeolite is by a mechanical mixture of the components, for example, in powder form.
  • a preliminary grinding is preferably applied, or some other method of homogenizing the dispersion of the components.
  • the minimum amount of water necessary to add a consistency composition required for the subsequent extrusion, granulation, tabletting or other process formation process, followed by drying and annealing, is added to the dry mixture. Completing this process, it is considered that the porous zeolites and laminar oxides have enough adsorbed water.
  • the zeolite phase can be modified in one way or another (by cation content), both before and after the preparation of the compound and its formation.
  • microsphere preparation technique has been widely applied, in which the rounded shape and approximately equal size of the particles are achieved simultaneously with spray drying.
  • patents RU 2362623 and US 6,762,143 a process for preparing a composite material consisting of a zeolite and an amorphous oxide (alumina or silica) is described.
  • a hydrotreatment catalyst with zeolite and high mesoporosity has been described in Patent RU 2362623.
  • the invention of this patent relates to a bifunctional catalyst having the functions of hydrogenation and acid. This method it forms a composite material that incorporates a zeolite into a non-crystalline inorganic oxide, with mesopores randomly interconnected with each other;
  • the introduction into this composite material of at least one metal having a hydrogenating function produces a catalyst for the conversion of hydrocarbons.
  • zeolite For the introduction of zeolite into a porous inorganic oxide, preferred technology is described in patents RU 2362623 and US 6,762,143.
  • An aqueous suspension is created by mixing a preformed and / or pretreated zeolite with water. Then, the suspension is mixed with an inorganic oxide or a chemical precursor of inorganic oxide, and at least one template organic compound, to form a mixture, the template is removed by extraction or decomposed by calcination in the last stage, to obtain a compound containing the zeolite incorporated in a non-crystalline and porous inorganic oxide.
  • One method of preparing an amorphous porous inorganic oxide is to use complex compounds, such as, for example, silitranos, aluminatranos, titanatranos and especially trietanolamine compounds, which can be used as chemical precursors of porous and non-crystalline inorganic oxides. Therefore, it is clear that in these patents the preformed and / or pre-prepared zeolite is introduced into the composite material, and does not undergo any further modification.
  • the porosity of the composite material is provided by the action of organic agents, such as glycols, in the amorphous oxide component.
  • US 4,468,475 investigated the influence of hydrothermal treatment on the possibility of zeolite activation with a high Si / Al ratio in its alumina mixture. Activation is understood as an increase in acidity, determined by the "alpha" parameter.
  • the applied method of evaluation is described in JN M ⁇ a ⁇ ea, et. al., J. Catal. 6 (1966) 278 -287.
  • Hydrothermal treatment can be carried out in the presence of various amounts of water at different elevated temperatures in the range of 80 to 370 ° C, preferably at 130-170 ° C, for several tens of hours.
  • the composite material obtains a strong increase in cracking activity (5-40 times of the "alpha" parameter).
  • the effect is explained by an increase in the acidity of the zeolite phase, due to the increase in the amount of aluminum in its trellis, which was confirmed by NMR. This increase leads to a greater number of acid sites in the H + form. The latter apparently is a consequence of the diffusion of the aluminum atoms of the alumina phase into the zeolite phase during the activation process.
  • the effect was much more pronounced when the oxide was used in its hydrated form, ⁇ -phase (boehmite, AIO (OH)), and was also evident for less soluble compounds, such as gamma-alumina.
  • a possible process of alumina action as a reactant, responsible for the aluminization of the zeolite, is the transfer of aluminum from the alumina phase in some form of hydrated species to the zeolite, during hydrothermal treatment, whereby aluminum is incorporates in place of the structural defects of the zeolitic network deficient in aluminum.
  • the preparation of a zeolite composite material based on the oxide is based on the interaction between the alumina phase with that of the sun and / or the germs of the zeolite phase.
  • This transformation of the alumina phase not only leads to a change in the content of aluminum in the zeolite, but to the crystallization of the zeolite on the surface of the alumina, by transferring the required amount of aluminum from the alumina.
  • the present invention provides composite zeolite-alumina materials and the process for preparing them.
  • the aluminosilicate composite material containing alumina and zeolite is obtained by means of the hydrothermal synthesis of zeolite in a macro-heterogeneous system in the presence of alumina, which serves at the same time as a reaction component and as a support for the resulting zeolite.
  • an object of the present invention to provide a method of obtaining an aluminosilicate composite material containing alumina and nanozeolite.
  • an object of the present invention to provide a method of obtaining an aluminosilicate composite material, which consists of a hydrothermal method in a heterogeneous system, which consists of a mixture of aqueous solutions (aluminosilicate sol-gel), and solid alumina.
  • Figure 1 shows a Scanning Microscopy (SEM) image of the composite material obtained.
  • Figure 2 shows a graph showing the X-ray powder diffraction patterns of the composite material obtained, the graph shows Na Y + ⁇ 2 0 3 (arrows)
  • Figure 3 shows Image of Transmission Microscopy (TEM) of the composite material obtained, the image shows Na Y with white arrows, and ⁇ 2 0 3 with black arrows.
  • TEM Transmission Microscopy
  • Figure 4 shows a Transmission Microscopy (TEM) image of the composite material obtained.
  • Figure 5 shows a graph showing the adsorption-desorption isotherms of N 2 of the composite material obtained.
  • TEM Transmission Microscopy
  • Figure 6 shows a graph showing the distribution of pore sizes (adsorption-desorption data of N 2 ) of the composite material obtained.
  • Figure 7 shows a Scanning Microscopy (SEM) image of the product obtained.
  • Figure 8 shows a graph showing the X-ray powder diffraction patterns of the product obtained.
  • the image shows ⁇ - ⁇ 2 0 3 in gray arrows; Y (FAU) in dotted line arrows; and KS01 in black arrows.
  • the present invention provides a method of obtaining an aluminosilicate composite material containing alumina and nanozeolite.
  • the essence of the invention is the synthesis of a composite aluminosilicate material consisting of zeolite and alumina, and whose following properties can be adjusted: the selected phase zeolite crystals with nanometric size, the hierarchical porosity (a combination of micro and mesopores) , and acidity, that is, the Si / Al ratio.
  • the synthesis of the zeolite and alumina compound is carried out by the following hydrothermal method in a heterogeneous system.
  • the alumina mentioned may be in poorly soluble form, for example, gamma, kappa, etc., preferably gamma-alumina;
  • the mentioned method consists of the following steps: a) Prepare an aluminosilicate solution (sol), by slowly adding an aluminate solution containing crystals of aluminum sulfate hydrate AI 2 (S0 4 ) 3 -16 H 2 0 , H 2 0 distilled, and NaOH, to a silicate solution containing colloidal solution of silicon oxide and NaOH. b) Stir vigorously the aluminosilicate solution obtained in the previous stage for 1 hour to obtain a transparent sun.
  • the filtrate is dried at temperatures between 110-130 ° C and, if necessary, calcined at temperatures between 350-550 ° C.
  • the resulting product a composite material in powder form, contains a mixture of zeolite Y, and ⁇ -0 2 0 3 .
  • the aluminosilicate solution (sol-gel) indicated in the described method may contain the known components for the synthesis of zeolites, in particular, for the synthesis of zeolite faujasite, including NaY, with a ratio of principal components, expressed as ratio of alkali metal, silicon and aluminum oxides, from 3-25 / 5-30 / 1, respectively, mainly from 6-10 / 10-20 / 1, with the optimum ratio of 7-9 / 15-17 / 1;
  • the solution (aluminosilicate sol-gel) described is prepared from certain sources of silicon and aluminum, which allow the formation of a homogeneous sol-gel system, which is stable under normal conditions and does not decompose with the precipitation of the solid phase of some aluminosilicate.
  • the salts thereof as a source of soluble aluminum, in particular inorganic salts;
  • the most hydrated aluminum sulfate hydrate crystal In the optimal case, the most hydrated aluminum sulfate hydrate crystal.
  • the source of silicon should preferably be some of its liquid forms, such as the alkali silicate solution (soluble glass or sodium silicate) and, optimally, the colloidal solutions (soles) of silica.
  • the optimization of the results of the synthesis is achieved by the sequence of steps of preparation of the solution (sol-gel) in stages: in the first phase, highly alkaline solutions of aluminum sulfate and silicon oxide sol, which mix and homogenize; the composition of the solution (sol) obtained in this stage is expressed by the ratio of oxides Na 2 0/15 15 17 17 Si0 2/1 Al 2 O 3 / H 2 200 300 0.
  • solution (sun) is stored for aging for a period of a few hours up to 30 days, preferably 5-8 days, at temperatures below the temperature that will be applied in the subsequent synthesis, in particular between 4-60 ° C, preferably between 18-25 ° C.
  • the heterogeneous system for the synthesis of the composite material is prepared by mixing aluminosilicate (the sol solution, or gel), preferably the gel as described with the appropriate amount of solid aluminum oxide, preferably gamma-alumina, preferably in powder form, with Active mechanical agitation or other method to achieve maximum uniformity of the distribution of solid alumina particles in the gel volume.
  • aluminosilicate the sol solution, or gel
  • the optimization of the synthesis result is achieved thanks to the storage (with continuous stirring or not) of the phase obtained above, for a period of several hours to several days, preferably 15-30 hours, at temperatures below the subsequent synthesis temperature, in particular at room temperature (18 -25 ° C).
  • the relationship between the weight of the aluminosilicate solution (sol gel) and the solid aluminum oxide in a heterogeneous synthesis mixture can vary widely if the conditions for a uniform distribution are guaranteed, which provides the mutual interaction of the particles of the solid phase with the liquid phase; the limits of this relationship are between the amount of solution (gel) corresponding to the conditions of complete wetting, and, on the other hand, that which coincides with the complete alumina solution during hydrothermal synthesis.
  • the active (high temperature) stage of the hydrothermal synthesis of the composite material is characterized by the crystallization of the zeolite on the surface of the solid alumina, accompanied by the partial dissolution of the latter and its consumption as an additional source of aluminum in addition to the gel.
  • the active stage can be carried out at temperatures between 60-90 ° C without autoclave, or higher when an autoclave is used, for a period of several hours to several days, preferably 6 to 48 hours, the optimum period being 7- 10 hours for the gamma-alumina and zeolite nano NaY compound;
  • the preparation of aluminosilicate gel is used in stages.
  • the first stage begins with the preparation of a preformed seed gel (seed gel, ZSDA "zeolite structure-directing agent", “zeolite structure directing agent”), which is one of the components of the final gel used in the stage of crystallization at elevated temperature.
  • seed gel ZSDA "zeolite structure-directing agent", "zeolite structure directing agent”
  • zeolite structure directing agent is one of the components of the final gel used in the stage of crystallization at elevated temperature.
  • This method is distinguished from others to prepare the zeolite from the gel, such as the use of seed crystals in the synthesis, and the use of a cation and / or templates (structure directing agent) that contribute to stabilization. of elements of the aluminosilicate structure during the early stages of appearance of the solid phase.
  • the seed gel does not contain templates and the organic compounds are removed from the synthesis process.
  • the composition of the seed gels has high alkalinity and a relatively higher silica / alumina ratio than the final gel in which the crystallization of the zeolite is achieved.
  • a composition from 15 to 17 of Na 2 0: 14 to 16 Si0 2 : Al 2 0 3 : 285-357 H 2 0 was used for the seed gel, while for the gel Finally, a composition of 3 to 6 Na 2 0: 8 to 12 Si0 2 : Al 2 0 3 : 120 to 200 H 2 0 was used.
  • the starting materials were silicate and sodium aluminate.
  • the precursor gel was prepared in two stages: first, the preparation of ZSDA and, second, the preparation of the gel in general.
  • ZSDA with a molar ratio of 16Na 2 O / 16SiO 2 / 1AI 2 O 3 / 210H 2 O was prepared by adding a mixture of aluminum sulfate-18-hydrate, granules of sodium hydroxide and deionized water, to a mixture from silica sol and sodium hydroxide.
  • One way to reduce the size of the zeolite crystals is the addition of salts to the reaction mixture (synthesis gel), especially sodium salts.
  • the effect is attributed to the fact that hydrated ions, particularly Na + cations, are known as "the structuring agents" (structure directing agents) in the formation of a self-sustaining crystalline structure of zeolite, that is, those elements ( centers), around which the fragments of the crystalline structure of the aluminosilicate are born, which is the same as nuclei of the zeolite phase. Therefore, the number of nuclei and the rate of nucleation predominate over the growth rate of the crystals, which leads to a decrease in their average size.
  • alkali cations play the role of nucleation centers.
  • the increase in the ionic bottom of the gel and the additional sodium cations can be achieved by using as an aluminum source an aluminum salt, in particular, hydrated aluminum sulfate.
  • Alkaline cations that are initially introduced into the sun remain in the system after partial neutralization and gelation with a mineral acid.
  • the increase in ionic content can also help overcome the repulsion in the microheterogeneous system between aluminate and silicate particles, which in an alkaline medium have the same sign on surface charges, due to the violation of their double layer electrical, which also contributes to the formation of zeolite nuclei in the aluminosilicate phase. This is more pronounced in the case of synthesis in a macro-heterogeneous system, for example, in a system in which one of the sources is the solid phase of aluminum oxide.
  • the increase in ionic content can lead to the aggregation of submicron zeolites, with each other, as with the present or residual alumina phase. This type of effect can be considered beneficial as noted.
  • the resulting particles retain the typical advantageous properties of the submicro- and nano-crystals of the zeolites, such as increased diffusion and accelerated ion exchange kinetics.
  • advantages are obtained for the use of these agglomerates in the industrial catalytic processes associated with their relatively large size and solidity.
  • An important element of the methodology is the aging of the gel
  • the aging of the gel comprises the period between the mixture of reagents to form a phase of the gel and the application of high temperatures to begin its recrystallization and form the zeolite or another phase. Aging always takes place at relatively low temperatures compared to the crystallization temperature.
  • step synthesis for each intermediate gel, for example, for the seed gel, the aging period ends at the moment when the aged gel is mixed with other components to prepare a subsequent or final gel and perform thus the synthesis of the desired product.
  • the gel restructuring processes occur, including the nucleation of the crystalline phases. Therefore, the highest energy barrier, associated with the appropriate conditions to form the crystals within the actual time intervals, is not reached under the established aging conditions, and, therefore, the nucleation process in certain measure is separated from the crystal growth process.
  • the aging conditions of gels determine not only the performance of the crystalline product, but also its type, morphology and crystal size.
  • the growth of zeolite crystals on the surface of the alumina is not only due to the recrystallization of the gel skeleton, but also to the consumption of aluminum from the alumina during its partial dissolution, when it interacts with the liquid phase of the silicate rich gel, and the recrystallization of the predetermined zeolite, whose nuclei appeared during the previous nucleation process.
  • the high silica content in the gel promotes this process.
  • the higher silicon content in the gel promotes the synthesis of a zeolite with a high modulus (Si / Al ratio), which is desirable in many cases, and often one of the objectives to be obtained.
  • the high modulus induces an increased and reinforced thermal and hydrothermal stability of such zeolites.
  • An aluminate solution, A is prepared containing 3.95 g of crystals of aluminum sulfate hydrate AI 2 (S0 4 ) 3 -16 H 2 0, 12.34 g of distilled H 2 0, and 3.16 g of NaOH .
  • a silicate solution, B is prepared containing 20.03 g of the colloidal solution of silicon oxide (Ludox 30, 30% Si0 2 by weight) and 6.49 g of NaOH.
  • a solution of aluminosilicate (sol), C is prepared by slowly adding solution A to solution B with vigorous stirring for 1 hour.
  • the resulting product a powder-shaped composite material, contains a mixture of zeolite Y, and ⁇ -0 2 0 3 .
  • the Si / Al atomic ratio has the value equal to 2.02 in the composite and 2.75 in the zeolite.
  • the composite material consists exclusively of zeolite Y (FAU) and ⁇ - ⁇ 2 0 3 ( Figure 2). There are no other phases.
  • the estimation of the size of the zeolite Y crystals by expanding reflections applying the Scherrer equation gives a value of 45 nm.
  • the type of adsorption-desorption isotherms is characteristic for a material with a hierarchical pore structure, with a developed outer surface, and which has mesopores (Figure 5).
  • the zeolite phase prevails in the composite material, it is a compound that differs fundamentally from the conventional zeolite sample, for which the surface of the mesopores and external is insignificant.
  • Table 1 shows the data calculated by the BET and t-plot methods in the surface area and the pore volume of the composite material obtained. For comparison, data for a typical sample of the synthesized zeolite Y are shown. Table 1
  • the total surface area of the composite material was 372 g / m 2 , which gives a value less than that of zeolite, but 2 times greater than the value of the initial total surface area of ⁇ - ⁇ 2 0 3 .
  • the composite material has a microporous surface smaller than zeolite, this material has mesopore volumes tens of times larger than zeolite.
  • An aluminate solution, A is prepared containing 5.79 g of crystals of aluminum sulfate hydrate AI 2 (S0 4 ) 3 -16 H 2 0, 15.83 g of distilled H 2 0 and 3.16 g NaOH.
  • a solution of aluminosilicate (sol), C is prepared by slowly adding solution A to solution B with vigorous stirring for 1 hour.
  • composition transparent sol C 15.93 Na 2 0 / Si0 2 15.79 / Al 2 0 3/269 H 2 0 / Na 2 S0 4 3 is stored for 85 hours without stirring.
  • the reactant mixture for the synthesis of the composite material is prepared with 16.04 g of D gel and 2.93 g of ⁇ - ⁇ 2 0 3 powder (SA 6173 Norton Chemical Process Product Corporation) with vigorous stirring for 2 hours.
  • the resulting product, a powder-shaped composite material contains a mixture of zeolite KS01, zeolite Y, and ⁇ -0 2 0 3 .
  • the Si / Al atomic ratio has the value in the composite material of 1.69.
  • the composite material consists of a predominant amount of zeolite KS01 (described Ref. [66]), of ⁇ - ⁇ 2 0 3 and zeolite Y ( Figure 8).
  • zeolite Y zeolite Y

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Abstract

The invention relates to a method for producing a composite aluminosilicate material containing alumina and zeolite. The composite is obtained by means of hydrothermal zeolite synthesis in a macroheterogeneous system in the presence of alumina, which serves as both a reaction component and a support for the resulting zeolite. In the case of the zeolite faujasite (Y) the material obtained is characterised in that it contains a high proportion of zeolite, retaining the large volume of mesopores in the hierarchical porosity of the composite, and nanozeolite crystals that have a high SiO2/Al2O3 ratio.

Description

MÉTODO DE OBTENCIÓN DE UN MATERIAL COMPUESTO DE ALUMINOSILICATO QUE CONTIENE ALÚMINA Y NANOZEOLITA  METHOD OF OBTAINING A COMPOSITE ALUMINOSILICATE MATERIAL CONTAINING ALUMIN AND NANOZEOLITE
CAMPO DE LA INVENCIÓN FIELD OF THE INVENTION
La presente invención se refiere a materiales de zeolita-alúmina compuestos y del proceso para la obtención de los mismos, y más particularmente, está vinculada con un proceso para la producción de un material compuesto aluminosilicato que contiene alúmina y zeolita el cual se obtiene por medio de la síntesis hidrotérmica de zeolita en un sistema macroheterogéneo en presencia de alúmina, la cual sirve al mismo tiempo como componente de reacción y como soporte de la zeolita resultante.  The present invention relates to composite zeolite-alumina materials and the process for obtaining them, and more particularly, is linked to a process for the production of an aluminosilicate composite material containing alumina and zeolite which is obtained by means of the hydrothermal synthesis of zeolite in a macro-heterogeneous system in the presence of alumina, which simultaneously serves as a reaction component and as a support for the resulting zeolite.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN BACKGROUND OF THE INVENTION
El material aluminosilicato compuesto de la zeolita crecida sobre alúmina se prepara a partir de una mezcla de reactivos para la síntesis de zeolita, a la que se añade polvo de gamma-alúmina. Posteriormente, se realiza una cristalización hidrotérmica in-situ, de la zeolita.  The aluminosilicate material composed of the alumina-grown zeolite is prepared from a mixture of reagents for the synthesis of zeolite, to which gamma-alumina powder is added. Subsequently, an in-situ hydrothermal crystallization of the zeolite is performed.
El proceso para la preparación de distintos materiales aluminosilicatos compuestos con variedad de zeolitas se puede modificar mediante el cambio de la composición de la mezcla reactante y las condiciones para la síntesis. The process for the preparation of different aluminosilicate composite materials with a variety of zeolites can be modified by changing the composition of the reactant mixture and the conditions for synthesis.
Las zeolitas pertenecen a una familia de aluminosilicatos cristalinos, cuya estructura es una red regular de canales y microporos con sección transversal de 0.3- 1.0 nm, dependiendo del tipo de zeolita. Con una gran capacidad de adsorción, las zeolitas muestran también selectividad, que está determinada por el tamaño y la forma idéntica de los poros. El efecto de "tamiz molecular" se utiliza en la adsorción, separación y catálisis. A pesar de que las zeolitas han sido utilizadas recientemente como matrices para la creación de nuevos materiales (fotoelectrónica, sensores, etc.), la catálisis sigue siendo el área más importante de aplicación de las zeolitas. Más de 40% de los catalizadores en la industria química moderna son zeolitas, principalmente en los procesos de purificación, el craqueo de petróleo y la síntesis orgánica. The zeolites belong to a family of crystalline aluminosilicates, whose structure is a regular network of channels and micropores with a cross-section of 0.3-1.0 nm, depending on the type of zeolite. With a high adsorption capacity, zeolites also show selectivity, which is determined by the size and identical shape of the pores. The "molecular sieve" effect is used in adsorption, separation and catalysis. Although the zeolites have been used recently As matrices for the creation of new materials (photoelectronics, sensors, etc.), catalysis remains the most important area of application of zeolites. More than 40% of the catalysts in the modern chemical industry are zeolites, mainly in the processes of purification, oil cracking and organic synthesis.
El éxito de las aplicaciones de las zeolitas también se basa en sus propiedades, tales como la capacidad de intercambio iónico, la acidez y la estabilidad de la estructura cristalina. La estructura de las zeolitas está constituida por un armazón de aluminosilicato, compuesto de tetraedros de oxígeno centrados con un ion de Si o Al, con la fórmula Si(AI)04. La presencia de iones de aluminio trivalentes dentro del tetraedro AI04 implica la formación de una carga negativa, que es compensada por la presencia de cationes fuera de la red cristalina (en la mayoría de los casos por Na+), produciendo una gran capacidad de intercambio iónico. En algunos casos, se puede preparar una forma protónica de las zeolitas, que poseen, además de los centros ácidos de tipo Lewis, centros ácidos de tipo Bronsted. Dependiendo del tipo de estructura y de la composición de la zeolita (la proporción de silicio y de aluminio) la fuerza de acidez puede variar en forma significativa. Las propiedades de la zeolita, incluyendo las redox, pueden ser modificadas por la incorporación de metales de transición, en calidad de iones compensadores de carga, o por la incorporación de compuestos complejos, así como directamente por la sustitución isomorfa de Al en la red cristalina de la zeolita. The success of zeolite applications is also based on their properties, such as the ion exchange capacity, acidity and stability of the crystalline structure. The structure of the zeolites is constituted by an aluminosilicate framework, composed of oxygen tetrahedra centered with a Si or Al ion, with the formula Si (AI) 0 4 . The presence of trivalent aluminum ions within the tetrahedron AI0 4 implies the formation of a negative charge, which is compensated by the presence of cations outside the crystalline network (in most cases by Na + ), producing a large capacity of ion exchange In some cases, a proton form of the zeolites can be prepared, which have, in addition to the Lewis-type acid centers, Bronsted-type acid centers. Depending on the type of structure and composition of the zeolite (the proportion of silicon and aluminum) the acidity strength can vary significantly. The properties of zeolite, including redox, can be modified by the incorporation of transition metals, as charge-compensating ions, or by the incorporation of complex compounds, as well as directly by the isomorphic substitution of Al in the crystalline lattice. of the zeolite
Las zeolitas, especialmente las zeolitas Y (familia faujasita, FAU), así como también las tipo β o las ZSM-5, se utilizan ampliamente en los catalizadores de hidrocraqueo, craqueo catalítico fluidizado (FCC), alquilación y transalquilación de compuestos aromáticos, o desintegración catalítica debido a que tienen una gran superficie interna (microporosidad), con un sistema de canales uniforme y complejo, alta capacidad de adsorción, alta estabilidad térmica e hidrotérmica, y pronunciada selectividad en la catálisis como se puede ver en las publicaciones A. Corma, Chem. Rev. 97 (1997) 2373; A. Corma, Chem. Rev. 95 (1995) 559 y M. E. Davis, NatureZeolites, especially zeolites Y (faujasite family, FAU), as well as type β or ZSM-5, are widely used in catalysts of hydrocracking, fluidized catalytic cracking (FCC), alkylation and transalkylation of aromatic compounds, or catalytic disintegration because they have a large internal surface (microporosity), with a uniform and complex system of channels, high adsorption capacity, high thermal and hydrothermal stability, and pronounced selectivity in catalysis as can be seen in publications A. Corma, Chem. Rev. 97 (1997) 2373; A. Corma, Chem. Rev. 95 (1995) 559 and ME Davis, Nature
417 (2002) 813. 417 (2002) 813.
Para el proceso de craqueo catalítico, la zeolita Y es uno de los principales ingredientes activos en el catalizador. Esto se debe principalmente a sus propiedades, como la gran superficie que proporcionan los canales y poros con diámetro de 7.4 A, la presencia de fuertes centros ácidos de Bronsted (en su forma H+), buena estabilidad térmica, y su bajo costo. For the catalytic cracking process, zeolite Y is one of the main active ingredients in the catalyst. This is mainly due to its properties, such as the large area provided by the channels and pores with a diameter of 7.4 A, the presence of strong Bronsted acid centers (in its H + form), good thermal stability, and low cost.
Los microporos relativamente pequeños y uniformes presentes en las zeolitas tales como Y, beta, ZSM-5, limitan en gran medida la transferencia de masa en la catálisis, lo que afecta su desempeño. En particular, las moléculas grandes de los reactivos no pueden entrar en contacto con los centros activos en estos pequeños microporos [4-6]. Por lo tanto, la presencia exclusivamente de poros microscópicos ≤1.5 nm es un factor limitante para la eficacia de los catalizadores a base de zeolita, (especialmente para las condiciones de craqueo (FCC)), expuesto en los artículos P. Kortunov, et. al., J. Am. Chem. Soc. 127 (2005) 13055-13059 y J. García-Martínez,e. al., Chem. Commun. 48 (2012) 11841-11843. The relatively small and uniform micropores present in zeolites such as Y, beta, ZSM-5, greatly limit the transfer of mass in catalysis, which affects their performance. In particular, the large molecules of the reagents cannot come into contact with the active centers in these small micropores [4-6]. Therefore, the presence exclusively of microscopic pores ≤1.5 nm is a limiting factor for the efficacy of zeolite-based catalysts, (especially for cracking conditions (FCC)), set forth in articles P. Kortunov, et. al., J. Am. Chem. Soc. 127 (2005) 13055-13059 and J. García-Martínez, e. al., Chem. Commun. 48 (2012) 11841-11843.
Para ciertas aplicaciones catalíticas industriales (craqueo de petróleo catalítico, hidrocraqueo, alquilación de aléanos y compuestos aromáticos, hídroisomerización, etc.) se ha demostrado que la presencia de mesoporos en los cristales de la zeolita (utilizada como catalizador o soporte de catalizador) es necesaria para facilitar el acceso de los reactivos a los centros activos, reduciendo las limitaciones estéricas y de difusión, típicas de los materiales microporosos (M. Tromp, et.al. 190 (2000) 209-214 y S. van Don ,et. al. 204 (2001) 272-280. For certain industrial catalytic applications (cracking of catalytic oil, hydrocracking, alkylating alkynes and aromatic compounds, hydroisomerization, etc.) it has been shown that the presence of mesopores in the zeolite crystals (used as catalyst or catalyst support) is necessary to facilitate reagents access to active centers, reducing steric and diffusion limitations, typical of microporous materials (M. Tromp, et.al. 190 (2000) 209-214 and S. van Don, et. al. 204 (2001) 272-280.
Para preparar zeolitas con mesoporosidad elevada, o con la porosidad así llamada "jerárquica", se usa el método de la plantilla expuesto en X. Meng, et.al., Nano Today 4 (2009) 292—301. To prepare zeolites with high mesoporosity, or with the so-called "hierarchical" porosity, the template method set forth in X. Meng, et.al., Nano Today 4 (2009) 292-301 is used.
Un método atractivo para desarrollar la mesoporosidad en una zeolita sintetizada es el uso de carbón poroso o de nanotubos o fibras de carbono mediante su introducción al gel para la síntesis expuesto en /. Schmidt, et.al., Chem. Mater. 13 (2001) 4416 -4418; Y. Tao, et. al., J. Phys. Chem. B 109 (2005) 194 - 199; y, A. H. Janssen, et. al., Micropor. Mesopor. Mater. 65 (2003) 59 -75. An attractive method for developing mesoporosity in a synthesized zeolite is the use of porous carbon or nanotubes or carbon fibers by introduction to the gel for the synthesis exposed in /. Schmidt, et.al., Chem. Mater. 13 (2001) 4416-4418; Y. Tao, et. al., J. Phys. Chem. B 109 (2005) 194-199; and, A. H. Janssen, et. al., Micropor. Mesopor. Mater. 65 (2003) 59-75.
Recientemente, se prepararon exitosamente zeolitas mesoporosas con buena cristalinidad mediante el uso de una plantilla de escala mesométrica durante la síntesis de K. Egeblad, et. al., Chem. Mater. 20 (2008) 946; y J. Pérez-Ramírez, et.al., Chem. Soc. Rev. 37 2008) 2530. Recently, mesoporous zeolites with good crystallinity were successfully prepared by using a mesometric scale template during the synthesis of K. Egeblad, et. al., Chem. Mater. 20 (2008) 946; and J. Pérez-Ramírez, et.al., Chem. Soc. Rev. 37 2008) 2530.
Éstas incluyen plantillas de mesoescala tales como polímeros catiónicos y organosilanos. Las zeolitas mesoporosas exhiben mejores propiedades catalíticas en comparación con las zeolitas convencionales tal como lo exponen las publicaciones F.- S. Xiao,et. al. Chem., Int. Ed. 45 (2006) 3090; S. Liu, et. al. Coll. Surí. A 318 (2008) 269; These include mesoscale templates such as cationic polymers and organosilanes. Mesoporous zeolites exhibit better catalytic properties compared to conventional zeolites as set forth in F.- S. Xiao, et. to the. Chem., Int. Ed. 45 (2006) 3090; S. Liu, et. to the. Coll. Suri. A 318 (2008) 269;
R. Srivastava, et. al. Chem. Commun. 43 (2006) 4489; y, V.N. Shetti, et. al., J. Catal. 254 (2008) 296.  R. Srivastava, et. to the. Chem. Commun. 43 (2006) 4489; and, V.N. Shetti, et. al., J. Catal. 254 (2008) 296.
Después de la combustión de estas plantillas a temperaturas elevadas, los poros permanecen en la matriz de la zeolita. A pesar de que se puede obtener una considerable variedad de sistemas de poros, el procedimiento no es simple ni reproducible con precisión, y genera problemas derivados de la cristalinidad de las zeolitas. Además, debido a su alto costo, es dudoso que este método se expanda a gran escala (J. C. Groen, L. A. A. Peffer, J. A. Moulijn, J. Perez-Ramirez, Chem. Eur. J., 11 (2005) 4983 - 4994). After combustion of these templates at elevated temperatures, the pores remain in the zeolite matrix. Although a considerable variety of pore systems can be obtained, the procedure is neither simple nor reproducible with precision, and generates problems derived from the crystallinity of zeolites. In addition, due to its high cost, it is doubtful that this method will expand on a large scale (JC Groen, LAA Peffer, JA Moulijn, J. Perez-Ramirez, Chem. Eur. J., 11 (2005) 4983-4994).
El tratamiento hidrotérmico de vapor y lixiviación ácida de las zeolitas son métodos comunes para obtener una mayor mesoporosidad de los cristales, por ejemplo de la zeolita Y, tal como se expone en los documentos de patente US 5,601, 798; US 5,069,890; US 5, 112,473; US 4,269,815; RU 2, 127,227; y , RU 2213055. Hydrothermal steam treatment and acid leaching of zeolites are common methods to obtain a higher mesoporosity of crystals, for example of zeolite Y, as set forth in US 5,601,798; US 5,069,890; US 5, 112,473; US 4,269,815; RU 2, 127,227; and, RU 2213055.
En muchos casos, durante su preparación, la zeolita se somete a varias etapas de procesamiento con vistas a su estabilización y desaluminacion. Como resultado de este proceso, la zeolita producida tiene un valor reducido de la constante de celda unitaria (a0) y un aumento en la relación Si/Al. Se conocen tres clases de zeolita Y estabilizada: zeolita Y ultraestable ("USY"), zeolita Y superultraestable ("VUSY") y zeolita Y super-desaluminada ultraestable ("SDUSY"). Estas zeolitas estabilizadas, así como las zeolitas Y en su forma inicial, tienen un gran número de poros con un diámetro superior a 2 nm, los llamados "mesoporos", típicamente con un diámetro de 2 a 50 nm. Un volumen limitado de mesoporos puede ser una seria desventaja en los procesos en los que se forma coque sobre tales catalizadores. Ejemplos de estos procesos son el craqueo o el hidrocraqueo de crudos pesados. In many cases, during its preparation, the zeolite undergoes several stages of processing with a view to its stabilization and desalumination. As a result of this process, the zeolite produced has a reduced value of the unit cell constant (at 0 ) and an increase in the Si / Al ratio. Three kinds of stabilized Y zeolite are known: ultrastable Y zeolite ("USY"), superultrable Y zeolite ("VUSY") and ultrastable super-skimmed Y zeolite ("SDUSY"). These stabilized zeolites, as well as the Y zeolites in their initial form, have a large number of pores with a diameter greater than 2 nm, the so-called "mesopores", typically with a diameter of 2 to 50 nm. A limited volume of mesopores can be a serious disadvantage in the processes in which coke is formed on such catalysts. Examples of these processes are cracking or hydrocracking heavy crudes.
El primer producto de la síntesis de la zeolita Y (denominado en el texto simplemente Y) muestra mesoporos de volumen < a 0.05 cm3/g. En los materiales de tipo USY, < a 0.17 cm3/g; en los materiales de tipo VUSY, < a 0.22 cm3/g y en los materiales de tipo SDUSY, < a 0.25 cm3/g. Un método de síntesis de USY, por ejemplo, que se describe en la Patente US 5,069,890 de 1991 , consiste en un calcinado de zeolita Y, desaluminada previamente con vapor a altas temperaturas durante un lapso largo, por lo general de 16 a 24 horas. En vista de que las zeolitas Y desaluminadas se preparan por calcinación simple o múltiple con vapor, para obtener un producto con un volumen de poros secundarios un poco mayor, se requiere realizar al menos dos veces la calcinación con vapor. Se observa que después de este procesamiento se aumenta la relación Si02/Al203. The first product of the synthesis of zeolite Y (simply referred to in the text Y) shows mesopores of volume <at 0.05 cm 3 / g. In USY type materials, <0.17 cm 3 / g; in VUSY type materials, <0.22 cm 3 / g and in SDUSY type materials, <0.25 cm 3 / g. A synthesis method of USY, for example, described in US Patent 5,069,890 of 1991, consists of a calcination of zeolite Y, previously misaligned with steam at high temperatures for a long period, usually 16 to 24 hours. Since the zeolites and desaluminadas are prepared by simple or multiple steam calcination, to obtain a product with a slightly larger volume of secondary pores, steam calcination is required at least twice. It is observed that after this processing the ratio Si0 2 / Al 2 0 3 is increased .
En otro método, en la patente norteamericana US 5,112,473, que comprende un tratamiento ácido de la zeolita Y desaluminada con valores de a0 = 24.3-24.5 Á, se reporta un pequeño aumento similar al anterior en el volumen de los poros secundarios.In another method, in US Pat. No. 5,112,473, which comprises an acid treatment of the skimmed Y zeolite with values of a 0 = 24.3-24.5A, a small increase similar to the previous one in the volume of the secondary pores is reported.
Sin embargo, el método no permite un aumento sustancial de dichos poros. However, the method does not allow a substantial increase in said pores.
Es importante mencionar que los tratamientos de vapor y ácido pueden conducir a la pérdida de la cristalinidad y reducir significativamente el área de la superficie disponible para los reactivos y el volumen de los microporos. Esto como consecuencia de la eliminación de los átomos de aluminio de la red de la zeolita, lo que provoca su destrucción. Muy a menudo, estos procedimientos también dan lugar a la precipitación no deseada de material dentro de los micro- y mesoporos (S. Mintova, et. al. Chem., Int. It is important to mention that steam and acid treatments can lead to loss of crystallinity and significantly reduce the surface area available for reagents and the volume of micropores. This as a result of the removal of aluminum atoms from the zeolite network, which causes their destruction. Very often, these procedures also result in unwanted precipitation of material within the micro- and mesopores (S. Mintova, et. Al. Chem., Int.
Ed. 38 (1999) 3201-3204). Ed. 38 (1999) 3201-3204).
Lo anteriormente expuesto, ha estimulado el desarrollo de otros métodos de obtención del material zeolítico mesoporoso. El método que se propone aquí es a través de la síntesis directa de cristalitos de zeolita en alúmina. Un método alternativo para la eliminación de las limitaciones de la difusión en la microporosidad de las zeolitas, es el uso de cristales de zeolita a la nanoescala. Normalmente, el tamaño de los cristales de las zeolitas sintéticas es de unas pocas mieras. La reducción del tamaño de los cristales en órdenes de magnitud (hasta 100 nm o menos) resulta en una reducción muy significativa del recorrido libre medio de las moléculas de reactivo dentro del cristal. Al mismo tiempo conduce a un aumento sustancial de la superficie externa de los cristales, que en algunos casos, juega un papel particular en el proceso catalítico, debido a la presencia en ella de múltiples sitios ácidos activos (por ejemplo, defectos en la red, grupos superficiales hidroxilo y grupos oxo). The above has stimulated the development of other methods of obtaining the mesoporous zeolitic material. The method proposed here is through the direct synthesis of zeolite crystallites in alumina. An alternative method for eliminating the limitations of diffusion in the microporosity of zeolites is the use of nanoscale zeolite crystals. Normally, the crystal size of synthetic zeolites is a few you love The reduction of the size of the crystals in orders of magnitude (up to 100 nm or less) results in a very significant reduction of the mean free path of the reagent molecules within the crystal. At the same time it leads to a substantial increase in the external surface of the crystals, which in some cases plays a particular role in the catalytic process, due to the presence in it of multiple active acid sites (for example, network defects, surface hydroxyl groups and oxo groups).
Varios grupos de investigación han desarrollado las condiciones de síntesis que producen pequeños cristales de zeolita tal es el caso expuesto en las publicaciones: L. Tosheva, et. al., Chem. Mater. 17 (2005) 2494- 2513; S. Mintova, et. al. Chem., Int. Ed. 38 (1999) 3201-3204; Y. C. Kim, et. al., J. Por. Mater. 16 (2008) 299-306; O. Larlus, et. al. Micropor. Mesopor. Mater. 96(2006) 405-412; y, Holmberg, et. al. Micropor. Mesopor. Mater. 59 (2003) 13-28. Las variables que afectan el tamaño del cristal de Y, son la temperatura, el tiempo de envejecimiento, la alcalinidad y el contenido de agua como se puede leer en los artículos previamente mencionados S. Mintova, et. al. Chem., Int. Ed. 38 (1999) 3201-3204 y O. Larlus, S. Mintova, T. Bein, Micropor. Mesopor. Mater. 96(2006) 405- 412. Several research groups have developed the synthesis conditions that produce small zeolite crystals, as is the case described in the publications: L. Tosheva, et. al., Chem. Mater. 17 (2005) 2494-2513; S. Mintova, et. to the. Chem., Int. Ed. 38 (1999) 3201-3204; Y. C. Kim, et. al., J. Por. Mater. 16 (2008) 299-306; O. Larlus, et. to the. Micropor. Mesopor. Mater. 96 (2006) 405-412; and, Holmberg, et. to the. Micropor. Mesopor. Mater. 59 (2003) 13-28. The variables that affect the size of the crystal of Y, are the temperature, the aging time, the alkalinity and the water content as can be read in the previously mentioned articles S. Mintova, et. to the. Chem., Int. Ed. 38 (1999) 3201-3204 and O. Larlus, S. Mintova, T. Bein, Micropor. Mesopor. Mater. 96 (2006) 405-412.
Los nano-cristales de zeolita normalmente se sintetizan a través de procedimientos hidrotérmicos que utilizan soluciones transparentes de aluminosilicato, comúnmente en presencia de aditivos orgánicos como plantillas. La zeolita faujasita nano-cristalina (FAU) se ha sintetizado usando tetrametilamonio (TMA) como plantilla. Dichos procedimientos de síntesis se exponen en los artículos: S. Mintova, et. al., Chem., Int. Ed. 38 (1999) 3201-3204; O. Larlus, S. Mintova et. al., Micropor. Mesopor. Mater. 96(2006) 405-412; B. J. Schoeman et. al. Zeolites 14 (1994) 110; N. B. Castagnola and P. K. Dutta, J. Phys. Chem. B, 102 (1998) 1696; G. Zhu, et. al. Chem. Mater. 10 (1998) 1483; y S. Mintova and V. Valtchev, Stud. Surf. Sci. Catal. 125 (1999) 141. Las zeolitas de silicalita (forma puramente silícea de ZSM-5), ZSM-5, e Y se han sintetizado con tamaños de cristal discretos de decenas de nanómetros, como se describe en la literatura M. E. Davis, Nature 417 (2002) 813. Zeolite nano-crystals are usually synthesized through hydrothermal processes that use transparent aluminosilicate solutions, commonly in the presence of organic additives as templates. The nano-crystalline faujasite zeolite (FAU) has been synthesized using tetramethylammonium (TMA) as a template. Said synthesis procedures are set forth in the articles: S. Mintova, et. al., Chem., Int. Ed. 38 (1999) 3201-3204; O. Larlus, S. Mintova et. al., Micropor. Mesopor. Mater. 96 (2006) 405-412; BJ Schoeman et. to the. Zeolites 14 (1994) 110; NB Castagnola and PK Dutta, J. Phys. Chem. B, 102 (1998) 1696; G. Zhu, et. to the. Chem. Mater. 10 (1998) 1483; and S. Mintova and V. Valtchev, Stud. Surf. Sci. Catal. 125 (1999) 141. Silicalite zeolites (purely siliceous form of ZSM-5), ZSM-5, and Y have been synthesized with discrete crystal sizes of tens of nanometers, as described in the ME Davis literature, Nature 417 (2002) 813.
Los métodos sintéticos emplean distintas moléculas como plantilla, tales como hidróxido de tetrapropilamonio (TPAOH) para silicalita y ZSM-5, y el hidróxido de tetrametilamonio (TMAOH) para la zeolita Y. La plantilla TMA, aplicada para la síntesis de Y, puede utilizarse también para el crecimiento de zeolita A. Synthetic methods employ different molecules as templates, such as tetrapropylammonium hydroxide (TPAOH) for silicalite and ZSM-5, and tetramethylammonium hydroxide (TMAOH) for zeolite Y. The TMA template, applied for the synthesis of Y, can be used. also for the growth of zeolite A.
La plantilla actúa como agente director de la estructura y se elimina posteriormente (postsintesis) por calcinación a alta temperatura, en el aire o en oxígeno puro. Las condiciones de cristalización se controlan cuidadosamente de modo que la nucleacion se favorezca sobre el crecimiento de los cristales. Esto se logra generalmente a través de temperaturas bajas de síntesis. Por otro lado, las bajas temperaturas también hacen más lentos los dos procesos, nucleacion y crecimiento de cristales, y, por lo tanto, el tiempo de síntesis se prolonga y los rendimientos son bajos. The template acts as the structure's directing agent and is subsequently removed (postsynthesis) by high temperature calcination, in the air or in pure oxygen. Crystallization conditions are carefully controlled so that nucleation is favored over crystal growth. This is generally achieved through low temperatures of synthesis. On the other hand, low temperatures also slow down the two processes, nucleation and crystal growth, and, therefore, the synthesis time is prolonged and the yields are low.
Todas las condiciones de síntesis tienen que ser precisamente controladas con el fin de obtener cristales de una sola fase de FAU. Además, la calcinación para eliminar las plantillas puede provocar una agregación irreversible de los nano-cristales, formando partículas sólidas más grandes.  All synthesis conditions have to be precisely controlled in order to obtain single phase crystals of FAU. In addition, calcination to eliminate templates can cause irreversible aggregation of the nano-crystals, forming larger solid particles.
Por ejemplo, en N. Taufiqurrahmi, A. Rahman Mohamed, S. Bhatia. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 17 (2011) 012030. Conference on Advanced Materials and Nanotechnology (CAMAN 2009), 3-5 November 2009, Kuala Lumpur, Malaysia la preparación de la solución transparente para la síntesis de nanocristales de zeolita Y se siguió el método descrito por Mintova et al. Chem., Int. Ed. 38 (1999) 3201- 3204 y Larlus, et. al. Micropor. Mesopor. Mater. 96(2006) 405-412. For example, in N. Taufiqurrahmi, A. Rahman Mohamed, S. Bhatia. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 17 (2011) 012030. Conference on Advanced Materials and Nanotechnology (CAMAN 2009), 3-5 November 2009, Kuala Lumpur, Malaysia The preparation of the transparent solution for the synthesis of zeolite nanocrystals And the method described by Mintova et al. Chem., Int. Ed. 38 (1999) 3201-3204 and Larlus, et. to the. Micropor. Mesopor. Mater. 96 (2006) 405-412.
Se diluyó una solución de NaOH 0.05 N con agua desionizada. Después de eso, se añadieron una solución de hidróxido de tetrametilamonio e isopropóxido de aluminio, en ese orden, y se agitó vigorosamente hasta que la solución se volvió transparente. Se añadió tetraetilortosilicato gota a gota a la solución transparente. Esta mezcla final se envejeció durante 3 días bajo agitación vigorosa a temperatura ambiente. La composición molar final fue: 0.72 (TMA)20: 0.0094 Na20: 0.29 Al203: 1 Si02: 108.82 H20. A solution of 0.05 N NaOH was diluted with deionized water. After that, a solution of tetramethylammonium hydroxide and aluminum isopropoxide was added, in that order, and stirred vigorously until the solution became clear. Tetraethylorthosilicate was added dropwise to the clear solution. This final mixture was aged for 3 days under vigorous stirring at room temperature. The final molar composition was: 0.72 (TMA) 2 0: 0.0094 Na 2 0: 0.29 Al 2 0 3 : 1 Si0 2 : 108.82 H 2 0.
La cristalización de la zeolita se lleva a cabo en una autoclave de acero inoxidable recubierta de teflón. Después de ser llenada con la solución transparente preparada, la autoclave se sella completamente y se calienta a 100 °C. El tiempo de cristalización es de 6 días. El producto sólido se recupera por centrifugación, se lava varias veces con agua destilada, se seca durante la noche a 80 °C y se calcina en aire a 550 °C durante 8 h, para quemar la plantilla orgánica. Desafortunadamente, el uso de plantillas orgánicas en forma de hidróxidos, por ejemplo, hidróxido de tetrametilamonio (TMAOH), tetraetilamonio (TEAOH), tetrabutilamonio (TBAOH) o de tetrapropilamonio (TPAOH), hace que la síntesis de zeolitas coloidales sea un proceso muy caro. Por otra parte, el rendimiento cristalino de las zeolitas de tamaño nanométrico es típicamente bajo (O. Larlus, et. al. Micropor. Mesopor. Mater. 96(2006) 405-412. Por estas razones, la producción de zeolitas de tamaño nano sin plantillas orgánicas y, al mismo tiempo, con alto rendimiento de producción es un reto tanto por razones científicas como prácticas. The crystallization of the zeolite is carried out in a stainless steel autoclave coated with Teflon. After being filled with the transparent solution prepared, the autoclave is completely sealed and heated to 100 ° C. The crystallization time is 6 days. The solid product is recovered by centrifugation, washed several times with distilled water, dried overnight at 80 ° C and calcined in air at 550 ° C for 8 h, to burn the organic template. Unfortunately, the use of organic templates in the form of hydroxides, for example, tetramethylammonium hydroxide (TMAOH), tetraethylammonium (TEAOH), tetrabutylammonium (TBAOH) or tetrapropylammonium (TPAOH), makes the synthesis of colloidal zeolites a very expensive process . On the other hand, the crystalline yield of nanometer-sized zeolites is typically low (O. Larlus, et. Al. Micropor. Mesopor. Mater. 96 (2006) 405-412. For these reasons, the production of nano-sized zeolites without organic templates and, at the same time, with high production performance is a challenge for both scientific and practical reasons.
Existen ejemplos del desarrollo de nuevas rutas de síntesis de zeolitas FAU ultrafínas sin aditivos orgánicos. El artículo fí-Z Zhan, M. A. White, K. N. Robertson, T. S. Cameron, M. Gharghouri, Chem. Commun., 37 (2001) 1176-1177. presenta una síntesis eficiente, libre de aditivos orgánicos de zeolita NaX con tamaños de partícula en el rango de 20-100 nm. La síntesis hidrotérmica se llevó a cabo en un agitador con un controlador de temperatura. Se preparó gel de aluminosilicato mezclando aluminato recién preparado y soluciones de silicato en la relación molar 5.5 Na20: 1.0 Al203: 4.0 Si02: 190 H20. El NaAI02 estaba recién preparado a partir de AI(OH)3 y NaOH. La solución de SM-30 de sílice coloidal (Aldrich), humo de sílice (Sigma), y TEOS (ortosilicato de tetraetilo, Aldrich) fueron elegidos como las fuentes de silicato, sin una diferencia significativa observada en el tamaño de partícula final. There are examples of the development of new synthesis routes of ultrafine FAU zeolites without organic additives. Article f-Z Zhan, MA White, KN Robertson, TS Cameron, M. Gharghouri, Chem. Commun., 37 (2001) 1176-1177. It presents an efficient synthesis, free of organic NaX zeolite additives with particle sizes in the range of 20-100 nm. Hydrothermal synthesis was carried out on a stirrer with a temperature controller. Aluminosilicate gel was prepared by mixing freshly prepared aluminate and silicate solutions in the molar ratio 5.5 Na 2 0: 1.0 Al 2 0 3 : 4.0 Si0 2 : 190 H 2 0. The NaAI0 2 was freshly prepared from AI (OH) 3 and NaOH. The SM-30 solution of colloidal silica (Aldrich), silica fume (Sigma), and TEOS (tetraethyl orthosilicate, Aldrich) were chosen as the silicate sources, without a significant difference observed in the final particle size.
La cristalización hidrotérmica se llevó a cabo a 60 °C durante 2-4 días en un agitador con una velocidad de rotación de 250 rpm. En un experimento de control, se sintetizaron tamaños de partículas mayores de zeolita FAU con exactamente la misma composición de gel de aluminosilicato, pero la cristalización hidrotérmica se llevó a cabo a 90 °C durante 2 días, sin agitación. Hydrothermal crystallization was carried out at 60 ° C for 2-4 days on a stirrer with a rotation speed of 250 rpm. In a control experiment, larger FAU zeolite particle sizes were synthesized with exactly the same aluminosilicate gel composition, but hydrothermal crystallization was carried out at 90 ° C for 2 days, without stirring.
La disminución significativa en el tamaño de partícula de NaX-micro y de NaX- nano indica que las temperaturas bajas de cristalización y las condiciones de agitación intensa, son factores claves en el control del tamaño de los cristales de zeolita obtenidos, ya que juntos aceleran el proceso de nucleación y reducen las tasas de crecimiento de los cristales. Mediante el control de la temperatura de cristalización, del tiempo de la agitación y de la fuente de silicato, tomando en cuenta el tamaño de sus partículas, fueron sintetizadas con éxito varias muestras de zeolita NaX con tamaño promedio de partículas desde 20 nm hasta 1 miera. The significant decrease in the particle size of NaX-micro and NaX-nano indicates that low crystallization temperatures and conditions of intense agitation are key factors in the control of the size of the zeolite crystals obtained, since together they accelerate the nucleation process and reduce the growth rates of the crystals. By controlling the crystallization temperature, stirring time and silicate source, taking into account the size of its particles, several samples of NaX zeolite with average particle size from 20 nm to 1 miera were successfully synthesized.
El artículo S. Sang, Z. Liu, P. Tian, Z. Liu, L Qu , . Y. Zhang. Mater. Lett. 60 (2006) 1131-1133 propone un programa de temperatura variable de dos etapas para la síntesis de zeolita NaY, produciendo pequeños cristales uniformes, sin añadir plantillas, director de estructura-agente, y sin siembra de cristales ni otros aditivos. Article S. Sang, Z. Liu, P. Tian, Z. Liu, L Qu,. Y. Zhang. Mater. Lett. 60 (2006) 1131-1133 proposes a two-stage variable temperature program for the synthesis of NaY zeolite, producing small uniform crystals, without adding templates, structure-agent director, and without planting crystals or other additives.
Todas las síntesis se llevaron a cabo de acuerdo con la siguiente composición del gel: 10Na2O: 1.0AI2O3: 15Si02: 300H2O (relación molar). El precursor inicial se preparó mezclando las cantidades requeridas de isopropóxido de aluminio, hidróxido de sodio, sílice coloidal y agua destilada, y luego se transfirió a un autoclave. La cristalización controlada por un programa de temperatura variable de dos etapas se llevó a cabo a 313 K durante 24 h, y posteriormente, a 333 K durante 48 h. All syntheses were carried out according to the following gel composition: 10Na 2 O: 1.0AI 2 O 3 : 15 Si0 2 : 300H 2 O (molar ratio). The initial precursor was prepared by mixing the required amounts of aluminum isopropoxide, sodium hydroxide, colloidal silica and distilled water, and then transferred to an autoclave. Crystallization controlled by a two-stage variable temperature program was carried out at 313 K for 24 h, and subsequently, at 333 K for 48 h.
El programa de temperatura variable de dos etapas promueve la síntesis de zeolita NaY. La distribución del tamaño de partícula de la muestra sintetizada es de 0.12 ~ 0.85 mieras. La temperatura más baja en la etapa inicial es favorable para la nucleación rápida de zeolita NaY con el crecimiento insignificante de cristales, y la temperatura subsecuente más alta es beneficiosa para el crecimiento de los cristales. The two-stage variable temperature program promotes the synthesis of NaY zeolite. The particle size distribution of the synthesized sample is 0.12 ~ 0.85 microns. The lower temperature in the initial stage is favorable for rapid nucleation of NaY zeolite with insignificant crystal growth, and the subsequent higher temperature is beneficial for crystal growth.
Para comparar con la síntesis de temperatura variable de NaY se realizó la síntesis isotérmica de la misma zeolita. La cristalización a 393 K induce la formación de zeolita P en lugar de la zeolita Y. Cuando se disminuyó la temperatura a 313 K, sólo se produjo un sólido amorfo. Una investigación descrita en W. Bo, M. Hongzhu. Micropor. Mesopor. Mater. 25 (1998) 131-136 se llevó a cabo para determinar los efectos del tiempo y la temperatura de envejecimiento y cristalización en la síntesis de zeolita NaY micronizada. Los geles se prepararon por adición de una solución de silicato de sodio a una solución inicial de aluminosilicato, agitando hasta que se formó una mezcla transparente. A continuación, se añadieron soluciones de sulfato de aluminio y de aluminato de sodio en secuencia. Después de agitar durante 1 h, los geles con la composición Na20: Al203: Si02: H20 = 3.01 :1.00:7.50-10.0:200 se envejecieron a temperatura y tiempo fijo, y luego se cristalizaron a 100 °C. To compare with the NaY variable temperature synthesis, the isothermal synthesis of the same zeolite was performed. Crystallization at 393 K induces the formation of zeolite P instead of zeolite Y. When the temperature was lowered to 313 K, only an amorphous solid was produced. An investigation described in W. Bo, M. Hongzhu. Micropor. Mesopor. Mater. 25 (1998) 131-136 was carried out to determine the effects of time and temperature of aging and crystallization on the synthesis of micronized NaY zeolite. The gels were prepared by adding a solution of sodium silicate to an initial solution of aluminosilicate, stirring until a clear mixture formed. Next, aluminum sulfate and sodium aluminate solutions were added in sequence. After stirring for 1 h, the gels with the composition Na 2 0: Al 2 0 3 : Si0 2 : H 2 0 = 3.01: 1.00: 7.50-10.0: 200 were aged at fixed temperature and time, and then crystallized at 100 ° C
Se encontró que la velocidad de cristalización y la composición de los productos cristalinos dependen en gran medida del tiempo de envejecimiento y de la temperatura. En comparación con la muestra no envejecida, el tamaño medio de las partículas de los productos envejecidos disminuyó desde 2.8 hasta 0.25 m y la distribución general de partícula se redujo del intervalo 0.5-5 μηι a 0.05-0.8 μητι. It was found that the crystallization rate and the composition of the crystalline products depend largely on the aging time and the temperature. Compared to the non-aged sample, the average particle size of the aged products decreased from 2.8 to 0.25 m and the general particle distribution decreased from the range 0.5-5 μηι to 0.05-0.8 μητι.
En muchos casos, el equilibrio deseado entre la actividad de los sitios ácidos y las características de la superficie del catalizador se logra mediante el uso de materiales compuestos. En el caso de la zeolita, el material compuesto puede ser una mezcla de ésta con otros óxidos. En particular, pueden ser las mezclas de zeolita con alúmina y/o sílice. Estos últimos son ampliamente utilizados también de forma independiente como sustratos inertes, o activos, cuando los componentes principales de un catalizador son compuestos de metales de transición, unidos de alguna manera al soporte. Un catalizador formado por una combinación de todos estos elementos (óxido de aluminio y (o) de silicio, junto con zeolita, otros compuestos de metales de transición) tiene una naturaleza multifuncional y tiene tanto actividad de ácido-base como de redox; además, muestra las propiedades inherentes de sorción y tamiz molecular, teniendo de este modo una cierta actividad específica y selectiva. In many cases, the desired balance between the activity of the acid sites and the characteristics of the catalyst surface is achieved through the use of composite materials. In the case of zeolite, the composite material may be a mixture of this with other oxides. In particular, they may be mixtures of zeolite with alumina and / or silica. The latter are also widely used independently as inert, or active substrates, when the main components of a catalyst are transition metal compounds, somehow attached to the support. A catalyst formed by a combination of all these elements (aluminum oxide and (or) silicon, together with zeolite, other transition metal compounds) has a multifunctional nature and has both acid-base and redox activity; furthermore, it shows the inherent properties of sorption and molecular sieve, thus having a certain specific and selective activity.
El método más común de producir un material compuesto de óxido y de zeolita es mediante una mezcla mecánica de los componentes, por ejemplo, en forma de polvo. Para obtener un producto homogéneo preferentemente se aplica una molienda preliminar, o algún otro método de homogenizar la dispersión de los componentes. A continuación, se añade a la mezcla seca la cantidad mínima necesaria de agua para dar una composición de consistencia requerida para el posterior proceso de formación por extrusión, granulación, formación de comprimidos u otros procesos, seguido por secado y recocido. Completando este proceso se considera que las zeolitas porosas y óxidos laminares tienen suficiente cantidad de agua adsorbida. The most common method of producing a compound composed of oxide and zeolite is by a mechanical mixture of the components, for example, in powder form. To obtain a homogeneous product, a preliminary grinding is preferably applied, or some other method of homogenizing the dispersion of the components. Next, the minimum amount of water necessary to add a consistency composition required for the subsequent extrusion, granulation, tabletting or other process formation process, followed by drying and annealing, is added to the dry mixture. Completing this process, it is considered that the porous zeolites and laminar oxides have enough adsorbed water.
La fase de la zeolita puede ser modificada en una u otra forma (por contenido de cationes), tanto antes como después de la preparación del compuesto y de su formación. The zeolite phase can be modified in one way or another (by cation content), both before and after the preparation of the compound and its formation.
También, se ha aplicado ampliamente la técnica de preparación de microesferas, en la que la forma redondeada y el tamaño aproximadamente igual de las partículas, se alcanzan simultáneamente con el secado por pulverización.  Also, the microsphere preparation technique has been widely applied, in which the rounded shape and approximately equal size of the particles are achieved simultaneously with spray drying.
En las patentes RU 2362623 y US 6,762,143, se describe un procedimiento para preparar un material compuesto formado por una zeolita y un óxido amorfo (alúmina o sílice). Un catalizador de hidrotratamiento con zeolita y mesoporosidad alta ha sido descrito en la Patente RU 2362623. La invención de esta patente se refiere a un catalizador bifuncional que tiene las funciones de hidrogenación y ácida. Este método forma un material compuesto que incorpora una zeolita en un óxido inorgánico no cristalino, con mesoporos interconectados al azar uno con el otro; además, la introducción en este material compuesto, de al menos un metal que tenga una función hidrogenante produce, un catalizador para la conversión de hidrocarburos. In patents RU 2362623 and US 6,762,143, a process for preparing a composite material consisting of a zeolite and an amorphous oxide (alumina or silica) is described. A hydrotreatment catalyst with zeolite and high mesoporosity has been described in Patent RU 2362623. The invention of this patent relates to a bifunctional catalyst having the functions of hydrogenation and acid. This method it forms a composite material that incorporates a zeolite into a non-crystalline inorganic oxide, with mesopores randomly interconnected with each other; In addition, the introduction into this composite material of at least one metal having a hydrogenating function produces a catalyst for the conversion of hydrocarbons.
Para la introducción de la zeolita en un óxido inorgánico poroso, en las patentes RU 2362623 y US 6,762,143 se describe una tecnología preferente. Se crea una suspensión acuosa mediante la mezcla de una zeolita preformada y/o pre-tratada con agua. Después, la suspensión se mezcla con un óxido inorgánico o un precursor químico del óxido inorgánico, y al menos un compuesto orgánico plantilla, para formar una mezcla, la plantilla se elimina por extracción o se descompone por calcinación en la última etapa, para obtener un compuesto que contiene la zeolita incorporada en un óxido inorgánico no cristalino y poroso. Un método para preparar un óxido inorgánico poroso amorfo consiste en utilizar compuestos complejos, tales como, por ejemplo, silitranos, aluminatranos, titanatranos y especialmente compuestos con trietanolamina, que pueden ser utilizados como precursores químicos de óxidos inorgánicos porosos y no cristalinos. Por lo tanto, es evidente que en estas patentes se introduce la zeolita preformada y/o pre-preparada en el material compuesto, y no se somete a ninguna modificación adicional. La porosidad del material compuesto se proporciona mediante la acción de agentes orgánicos, tales como glicoles, en el componente de óxido amorfo. A través de este método que reporta un contenido de la zeolita en el material compuesto de alrededor de 95%, es evidente que la cantidad de mesoporos formados exclusivamente por modificación solamente del óxido amorfo es insignificante. Estas observaciones marcan una diferencia fundamental con el método propuesto en nuestra solicitud de patente para la obtención del compuesto. Nuestro método propone la síntesis de zeolita nanométrica como un componente del material compuesto. Se lleva a cabo directamente en la presencia y en parte por el óxido de aluminio como reactante, sin tener que usar una plantilla ni un quelante, lo que hace innecesaria la eliminación por algún método de estos agentes y facilita significativamente el procedimiento de síntesis. For the introduction of zeolite into a porous inorganic oxide, preferred technology is described in patents RU 2362623 and US 6,762,143. An aqueous suspension is created by mixing a preformed and / or pretreated zeolite with water. Then, the suspension is mixed with an inorganic oxide or a chemical precursor of inorganic oxide, and at least one template organic compound, to form a mixture, the template is removed by extraction or decomposed by calcination in the last stage, to obtain a compound containing the zeolite incorporated in a non-crystalline and porous inorganic oxide. One method of preparing an amorphous porous inorganic oxide is to use complex compounds, such as, for example, silitranos, aluminatranos, titanatranos and especially trietanolamine compounds, which can be used as chemical precursors of porous and non-crystalline inorganic oxides. Therefore, it is clear that in these patents the preformed and / or pre-prepared zeolite is introduced into the composite material, and does not undergo any further modification. The porosity of the composite material is provided by the action of organic agents, such as glycols, in the amorphous oxide component. Through this method that reports a content of the zeolite in the composite material of about 95%, it is clear that the amount of mesopores formed exclusively by modification of only the amorphous oxide is insignificant. These observations make a fundamental difference with the method proposed in our patent application to obtain the compound. Our method proposes the synthesis of nanometric zeolite as a component of the composite material. It is carried out directly in the presence and partly by the aluminum oxide as a reactant, without having to use a template or a chelator, which makes the elimination by some method of these agents unnecessary and significantly facilitates the synthesis procedure.
Los resultados descritos en varias publicaciones y solicitudes de patente indican la posibilidad de una interacción profunda entre la fase del óxido y la zeolita, que no se limita a los fenómenos de adsorción en la superficie de la interfaz. The results described in several publications and patent applications indicate the possibility of a deep interaction between the oxide phase and the zeolite, which is not limited to adsorption phenomena on the interface surface.
Por ejemplo, la patente US 4,468,475 investigó la influencia del tratamiento hidrotérmico sobre la posibilidad de la activación de la zeolita con alta relación Si/Al en su mezcla con alúmina. La activación se entiende como un aumento en la acidez, determinado por el parámetro "alfa". Este parámetro indica la actividad del catalizador para el craqueo de n-hexano en relación con el catalizador estándar, que contiene 10% de alúmina y 90% de sílice, con una constante de velocidad de primer orden para la conversión de n-hexano por unidad de volumen de catalizador en las condiciones dadas (538 0 C) de k = 0.016 seg"1. El método aplicado de evaluación está descrito en J.N. M\a\ea, et. al., J. Catal. 6 (1966) 278-287. For example, US 4,468,475 investigated the influence of hydrothermal treatment on the possibility of zeolite activation with a high Si / Al ratio in its alumina mixture. Activation is understood as an increase in acidity, determined by the "alpha" parameter. This parameter indicates the activity of the catalyst for cracking n-hexane in relation to the standard catalyst, which contains 10% alumina and 90% silica, with a first order rate constant for the conversion of n-hexane per unit of catalyst volume under the given conditions (538 0 C) of k = 0.016 sec "1. The applied method of evaluation is described in JN M \ a \ ea, et. al., J. Catal. 6 (1966) 278 -287.
El tratamiento hidrotérmico se puede llevar a cabo en presencia de diversas cantidades de agua a distintas temperaturas elevadas en el intervalo de 80 a 370 °C, preferentemente a 130-170 °C, durante varias decenas de horas. Como resultado de este tratamiento, el material compuesto obtiene un fuerte aumento de la actividad en el craqueo (5-40 veces del parámetro "alfa"). El efecto se explica por un aumento en la acidez de la fase de la zeolita, debido al aumento en la cantidad de aluminio en su enrejado, que fue confirmado por RMN. Este aumento conduce a un mayor número de sitios ácidos en la forma H+. Esto último aparentemente es una consecuencia de la difusión de los átomos de aluminio de la fase de alúmina dentro de la fase de la zeolita durante el proceso de activación. El efecto fue mucho más pronunciado cuando se utilizó el óxido en su forma hidratada, α-fase (boehmita, AIO(OH)), y también fue evidente para compuestos menos solubles, como gamma- alúmina. Hydrothermal treatment can be carried out in the presence of various amounts of water at different elevated temperatures in the range of 80 to 370 ° C, preferably at 130-170 ° C, for several tens of hours. As a result of this treatment, the composite material obtains a strong increase in cracking activity (5-40 times of the "alpha" parameter). The effect is explained by an increase in the acidity of the zeolite phase, due to the increase in the amount of aluminum in its trellis, which was confirmed by NMR. This increase leads to a greater number of acid sites in the H + form. The latter apparently is a consequence of the diffusion of the aluminum atoms of the alumina phase into the zeolite phase during the activation process. The effect was much more pronounced when the oxide was used in its hydrated form, α-phase (boehmite, AIO (OH)), and was also evident for less soluble compounds, such as gamma-alumina.
Aunque el mecanismo de tal transferencia de aluminio entre fases no ha sido descrito con precisión, el hecho de que se haya confirmado varias veces, la publicación C. D. Chang, et. al. J. Chem. Soc, Faraday Trans. 81 (1985) 2215-2224 indica que no se puede considerar la alúmina como un componente "inerte" del material compuesto. Although the mechanism of such transfer of aluminum between phases has not been accurately described, the fact that it has been confirmed several times, publication C. D. Chang, et. to the. J. Chem. Soc, Faraday Trans. 81 (1985) 2215-2224 indicates that alumina cannot be considered as an "inert" component of the composite.
Un proceso posible de acción de la alúmina como reactante, responsable de la aluminización de la zeolita, es la transferencia de aluminio desde la fase de alúmina en alguna forma de especie hidratada a la zeolita, durante el tratamiento hidrotérmico, con lo cual el aluminio se incorpora en el lugar de los defectos estructurales de la red zeolítica deficiente en aluminio. A possible process of alumina action as a reactant, responsible for the aluminization of the zeolite, is the transfer of aluminum from the alumina phase in some form of hydrated species to the zeolite, during hydrothermal treatment, whereby aluminum is incorporates in place of the structural defects of the zeolitic network deficient in aluminum.
Se puede suponer que un proceso similar es posible, e incluso es más probable, cuando un germen de la fase de zeolita, lleno de defectos estructurales por definición, juega el papel de la red deficiente en aluminio. Alternativamente, este mismo papel lo juega el armazón de gel con deficiencia de aluminio y exceso de silicio. A pesar de la baja solubilidad de la γ-ΑΙ203, tiene un valor definido y finito. Los estudios de la cinética de disolución de γ-ΑΙ203 en soluciones en un intervalo de pH entre 3 y 1 1 mostraron que hasta un 3% se encuentra en el estado disuelto, formando algunas de sus diferentes especies posibles, tanto en las condiciones ácidas como en las alcalinas (F. Roelofs, W. Vogelsberger. J. Coll. Interf. Sci. 303 (2006) 450-459). It can be assumed that a similar process is possible, and even more likely, when a germ of the zeolite phase, full of structural defects by definition, plays the role of the aluminum-deficient network. Alternatively, this same role is played by the gel shell with aluminum deficiency and excess silicon. Despite the low solubility of γ-ΑΙ 2 0 3 , it has a definite and finite value. Studies of the dissolution kinetics of γ-ΑΙ 2 0 3 in solutions in a pH range between 3 and 1 1 showed that up to 3% is in the dissolved state, forming some of its different possible species, both in the acidic conditions as in alkaline ones (F. Roelofs, W. Vogelsberger. J. Coll. Interf. Sci. 303 (2006) 450-459).
Además, lo más importante es que se observa la regeneración de la superficie de γ-ΑΙ203 a un pH > 4.5. Aparece la fase de bayerita AI(OH)3, que en forma natural se asocia con la capa de óxido superficial. Cuando esta fase entra en contacto con la solución ocurre un proceso de reconstrucción fundamental de la estructura porque desaparece el aluminio tetraédrico. In addition, the most important thing is that the surface regeneration of γ-ΑΙ 2 0 3 is observed at a pH> 4.5. The bayerite phase AI (OH) 3 appears , which is naturally associated with the surface oxide layer. When this phase comes into contact with the solution, a fundamental reconstruction process of the structure occurs because tetrahedral aluminum disappears.
El efecto de interacción de la fase de alúmina con la zeolita da como resultado, la incorporación de aluminio adicional en la red cristalina, lo que disminuye su relación Si/Al y aumenta su acidez. Esto no siempre es deseable, porque en la etapa de la aplicación de un material compuesto como catalizador frecuentemente se requiere baja acidez. Por ejemplo, en la Patente US 5,500, 109, se desarrolla una técnica para reducir al mínimo este efecto en cristales de zeolita mediante la reducción de la cantidad de defectos asociados a los grupos de silanol, por medio de un pretratamiento controlado. The interaction effect of the alumina phase with the zeolite results in the incorporation of additional aluminum in the crystalline lattice, which decreases its Si / Al ratio and increases its acidity. This is not always desirable, because low acidity is often required at the stage of applying a composite material as a catalyst. For example, in US Patent 5,500, 109, a technique is developed to minimize this effect on zeolite crystals by reducing the amount of defects associated with silanol groups, by means of a controlled pretreatment.
Por lo tanto, no se puede ignorar la posibilidad de interacción entre las fases en el caso de las condiciones hidrotérmicas a lo largo de todas las etapas de la síntesis del compuesto de zeolita y alúmina. Esto debe ser considerado y utilizado en la preparación de materiales compuestos de un óxido y de zeolita. Por supuesto, se debe considerar qué tipo de óxido (o hidróxido) de aluminio, de sus numerosas fases existentes, se aplica en cada caso particular, dado que su estructura, composición y propiedades físico-químicas difieren en gran medida. Cabe señalar que en la patente US 4,468,475 y en otras fuentes se discute la interacción de la zeolita cor los óxidos de aluminio, así como las modificaciones de los cristales de la zeolita que ya existen en el material. En contraste, en la presente solicitud, la preparación de un material compuesto de zeolita sobre la base del óxido está basada en la interacción entre la fase de alúmina con la del sol y/o los gérmenes de la fase de la zeolita. Esta transformación de la fase de la alúmina no solo conduce a un cambio en el contenido de aluminio en la zeolita, sino a la cristalización de la zeolita sobre la superficie de la alúmina, por la transferencia de la cantidad requerida de aluminio a partir de la alúmina. Therefore, the possibility of interaction between the phases in the case of hydrothermal conditions throughout all stages of the synthesis of the zeolite and alumina compound cannot be ignored. This should be considered and used in the preparation of materials composed of an oxide and zeolite. Of course, what type of aluminum oxide (or hydroxide), of its numerous existing phases, should be considered in each particular case, given that its structure, composition and physicochemical properties differ greatly. It should be noted that in US Patent 4,468,475 and in other sources the interaction of the zeolite with aluminum oxides is discussed, as well as the modifications of the zeolite crystals that already exist in the material. In contrast, in the present application, the preparation of a zeolite composite material based on the oxide is based on the interaction between the alumina phase with that of the sun and / or the germs of the zeolite phase. This transformation of the alumina phase not only leads to a change in the content of aluminum in the zeolite, but to the crystallization of the zeolite on the surface of the alumina, by transferring the required amount of aluminum from the alumina.
Ninguno de los documentos del estado de la técnica sugieren o motivan a una persona con pericia y conocimientos medios en la materia a llevar a cabo un método de obtención de un material compuesto de aluminosilicato que se lleva a cabo a bajas temperaturas y no se utilizan reactivos orgánicos, ni otros materiales, no se divulga anteriormente a la presente solicitud un método de obtención de un material compuesto de aluminosilicato que contiene alúmina y nanozeolita que permite obtener una gran uniformidad de la distribución de las fases de zeolita y de alúmina; asi como la síntesis de cristales de zeolita de tamaño nanométrico; y favorece a la "coalescencia" entre la zeolita y la fase de alúmina. None of the documents of the state of the art suggest or motivate a person with expertise and average knowledge in the field to carry out a method of obtaining a composite of aluminosilicate that is carried out at low temperatures and no reagents are used. organic, or other materials, a method of obtaining a aluminosilicate compound containing alumina and nanozeolite that allows a great uniformity of the distribution of the zeolite and alumina phases is not disclosed prior to the present application; as well as the synthesis of zeolite crystals of nanometric size; and favors the "coalescence" between the zeolite and the alumina phase.
La presente invención provee de materiales de zeolita-alúmina compuestos y el proceso para preparar los mismos. El material compuesto aluminosilicato que contiene alúmina y zeolita se obtiene por medio de la síntesis hidrotérmica de zeolita en un sistema macroheterogéneo en presencia de alúmina, la cual sirve al mismo tiempo como componente de reacción y como soporte de la zeolita resultante. Por consecuencia de lo anterior, se ha buscado suprimir los inconvenientes que presentan los métodos de síntesis y procesos del arte previo, desarrollando un método de obtención de un material compuesto de aluminosilicato que contiene alúmina y nanozeolita The present invention provides composite zeolite-alumina materials and the process for preparing them. The aluminosilicate composite material containing alumina and zeolite is obtained by means of the hydrothermal synthesis of zeolite in a macro-heterogeneous system in the presence of alumina, which serves at the same time as a reaction component and as a support for the resulting zeolite. As a result of the above, it has been sought to eliminate the inconveniences presented by the methods of synthesis and processes of the prior art, developing a method of obtaining an aluminosilicate composite material containing alumina and nanozeolite
OBJETOS DE LA INVENCIÓN OBJECTS OF THE INVENTION
Tomando en cuenta las implicaciones del estado de la técnica, es un objeto de la presente invención proporcionar un método de obtención de un material compuesto de aluminosilicato que contiene alúmina y nanozeolita.  Taking into account the implications of the prior art, it is an object of the present invention to provide a method of obtaining an aluminosilicate composite material containing alumina and nanozeolite.
Asimismo, es otro objeto de la presente invención proporcionar un método de obtención de un material compuesto de aluminosilicato que se lleva a cabo a bajas temperaturas y no se utilizan reactivos orgánicos, ni otros materiales con el objetivo de minimizar el tamaño de las zeolitas; o de obtener los meso (macro) poros. It is also another object of the present invention to provide a method of obtaining an aluminosilicate composite material that is carried out at low temperatures and no organic reagents or other materials are used in order to minimize the size of the zeolites; or get the meso (macro) pores.
Es un objeto adicional de la presente invención proporcionar un método de obtención de un material compuesto de aluminosilicato que permite obtener una gran uniformidad de la distribución de las fases de zeolita y de alúmina; así como la síntesis de cristales de zeolita de tamaño nanométrico; y favorece a la "coalescencia" entre la zeolita y la fase de alúmina. It is a further object of the present invention to provide a method of obtaining an aluminosilicate composite material that allows a great uniformity of the distribution of the zeolite and alumina phases; as well as the synthesis of zeolite crystals of nanometric size; and favors the "coalescence" between the zeolite and the alumina phase.
Es aún un objeto más de la la presente invención proporcionar un método de obtención de un material compuesto de aluminosilicato que permite obtener la fase única de Y en el material compuesto; o variando, bajo otras condiciones, el crecimiento de otras formas de zeolita, particularmente KS01 , en el material compuesto. Es otro objeto adicional de la presente invención proporcionar un método de obtención de un material compuesto de aluminosilicato, cuyas siguientes propiedades pueden ser ajustadas: los cristales de zeolita de fase seleccionada con tamaño nanométrico, la porosidad jerárquica (una combinación de micro y mesoporos), y la acidez, es decir, la relación Si/Al. It is still a further object of the present invention to provide a method of obtaining an aluminosilicate composite material that allows obtaining the single phase of Y in the composite material; or by varying, under other conditions, the growth of other forms of zeolite, particularly KS01, in the composite. It is a further object of the present invention to provide a method of obtaining an aluminosilicate composite material, the following properties of which can be adjusted: the selected phase zeolite crystals with nanometric size, the hierarchical porosity (a combination of micro and mesopores), and acidity, that is, the Si / Al ratio.
Es todavía más un objeto de la presente invención proveer un método de obtención de un material compuesto de aluminosilicato, el cual consiste de un método hidrotérmico en un sistema heterogéneo, el cual consiste en una mezcla de soluciones acuosas (sol-gel de aluminosilicato), y alúmina sólida.  It is even more an object of the present invention to provide a method of obtaining an aluminosilicate composite material, which consists of a hydrothermal method in a heterogeneous system, which consists of a mixture of aqueous solutions (aluminosilicate sol-gel), and solid alumina.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
Los aspectos novedosos que se consideran característicos de la presente invención, se establecerán con particularidad en las reivindicaciones anexas. Sin embargo, algunas modalidades, características y algunos objetos y ventajas de la misma, se comprenderán mejor en la descripción detallada, cuando se lea en relación con los dibujos anexos, en los cuales:  The novel aspects that are considered characteristic of the present invention will be established with particularity in the appended claims. However, some modalities, characteristics and some objects and advantages thereof, will be better understood in the detailed description, when read in relation to the attached drawings, in which:
La Figura 1 muestra una imágen de Microscopía de Barrido (SEM) del material compuesto obtenido.  Figure 1 shows a Scanning Microscopy (SEM) image of the composite material obtained.
La Figura 2 muestra una gráfica que presenta los patrones de difracción de rayos-X de polvo del material compuesto obtenido, la gráfica presenta Na Y + γΑΙ203 (flechas) Figure 2 shows a graph showing the X-ray powder diffraction patterns of the composite material obtained, the graph shows Na Y + γΑΙ 2 0 3 (arrows)
La Figura 3 muestra imágen de Microscopía de Transmisión (TEM) del material compuesto obtenido, la imagen muestra Na Y con flechas blancas, y γΑΙ203 con flechas negras. Figure 3 shows Image of Transmission Microscopy (TEM) of the composite material obtained, the image shows Na Y with white arrows, and γΑΙ 2 0 3 with black arrows.
La Figura 4 muestra una imágen de Microscopía de Transmisión (TEM) del material compuesto obtenido. La Figura 5 muestra una gráfica que exhibe los isotermas de adsorción-desorción de N2 del material compuesto obtenido. Figure 4 shows a Transmission Microscopy (TEM) image of the composite material obtained. Figure 5 shows a graph showing the adsorption-desorption isotherms of N 2 of the composite material obtained.
La Figura 6 muestra una gráfica que exhibe la distribución de tamaños de poros (datos de adsorción-desorción de N2) del material compuesto obtenido. Figure 6 shows a graph showing the distribution of pore sizes (adsorption-desorption data of N 2 ) of the composite material obtained.
La Figura 7 muestra una imagen de Microscopía de Barrido (SEM) del producto obtenido.  Figure 7 shows a Scanning Microscopy (SEM) image of the product obtained.
La Figura 8 muestra una gráfica que exhibe los patrones de difracción de rayos- X de polvo del producto obtenido. La imagen muestra γ-ΑΙ203 en flechas grises; Y (FAU) en flechas de líneas punteadas; y KS01 en flechas negras. Figure 8 shows a graph showing the X-ray powder diffraction patterns of the product obtained. The image shows γ-ΑΙ 2 0 3 in gray arrows; Y (FAU) in dotted line arrows; and KS01 in black arrows.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
La presente invención se proporciona un método de obtención de un material compuesto de aluminosilicato que contiene alúmina y nanozeolita. La esencia de la invención es la síntesis de un material aluminosilicato compuesto que consiste de zeolita y alúmina, y cuyas siguientes propiedades pueden ser ajustadas: los cristales de zeolita de fase seleccionada con tamaño nanométrico, la porosidad jerárquica (una combinación de micro y mesoporos), y la acidez, es decir, la relación Si/Al.  The present invention provides a method of obtaining an aluminosilicate composite material containing alumina and nanozeolite. The essence of the invention is the synthesis of a composite aluminosilicate material consisting of zeolite and alumina, and whose following properties can be adjusted: the selected phase zeolite crystals with nanometric size, the hierarchical porosity (a combination of micro and mesopores) , and acidity, that is, the Si / Al ratio.
La síntesis del compuesto de zeolita y alúmina se lleva a cabo mediante el siguiente método hidrotérmico en un sistema heterogéneo. La alúmina mencionada puede estar en forma poco soluble, por ejemplo, gamma, kappa, etc., preferentemente gamma-alúmina; el método mencionado consiste de las siguientes etapas: a) Preparar una solución de aluminosilicato (sol), mediante la adición lenta de una solución de aluminato que contiene cristales de hidrato de sulfato de aluminio AI2(S04)3-16 H20, H20 destilada, y de NaOH, a una solución de silicato, que contiene solución coloidal de óxido de silicio y NaOH. b) Agitar vigorosamente la solución de aluminosilicato obtenida en la etapa anterior durante 1 hora para obtener una sol transparente. The synthesis of the zeolite and alumina compound is carried out by the following hydrothermal method in a heterogeneous system. The alumina mentioned may be in poorly soluble form, for example, gamma, kappa, etc., preferably gamma-alumina; The mentioned method consists of the following steps: a) Prepare an aluminosilicate solution (sol), by slowly adding an aluminate solution containing crystals of aluminum sulfate hydrate AI 2 (S0 4 ) 3 -16 H 2 0 , H 2 0 distilled, and NaOH, to a silicate solution containing colloidal solution of silicon oxide and NaOH. b) Stir vigorously the aluminosilicate solution obtained in the previous stage for 1 hour to obtain a transparent sun.
c) Detener agitación y almacenar durante 85 horas sin agitación  c) Stop stirring and store for 85 hours without stirring
d) Gelificar la solución mediante la adición lenta de una solución acuosa de H2S04 d) Gel the solution by slowly adding an aqueous solution of H 2 S0 4
e) Agitar vigorosamente durante 1 hora el gel resultante de la etapa d) f) Preparar la mezcla reactante para la síntesis del material compuesto, mezclando el gel de la etapa d) y sometido a agitación en la etapa e) con polvo de γ- Al203 en agitación vigorosa durante 2 horas. e) Stir vigorously for 1 hour the gel resulting from stage d) f) Prepare the reactant mixture for the synthesis of the composite material, mixing the gel from stage d) and subjected to stirring in stage e) with γ- powder At 2 0 3 in vigorous agitation for 2 hours.
g) Mantener a 20 °C durante 18 horas la mezcla obtenida en f).  g) Keep the mixture obtained in f) at 20 ° C for 18 hours.
h) Calentar la mezcla resultante de g) en un recipiente cerrado y mantener la temperatura durante 8 horas,  h) Heat the resulting mixture of g) in a closed container and keep the temperature for 8 hours,
i) Suspender la mezcla en agua destilada,  i) Suspend the mixture in distilled water,
j) Separar la fase sólida por filtración  j) Separate the solid phase by filtration
k) Lavar y secar el filtrado  k) Wash and dry the filtrate
El filtrado se seca a temperaturas entre 110-130 °C y, si es necesario, se calcina a temperaturas entre 350 - 550 °C.  The filtrate is dried at temperatures between 110-130 ° C and, if necessary, calcined at temperatures between 350-550 ° C.
I) El producto resultante, un material compuesto en forma de polvo, contiene una mezcla de zeolita Y, y γ-ΑΙ203. I) The resulting product, a composite material in powder form, contains a mixture of zeolite Y, and γ-0 2 0 3 .
La solución de aluminosilicato (sol-gel) que se indica en el método descrito puede contener los componentes conocidos para la síntesis de zeolitas, en particular, para la síntesis de zeolita faujasita, incluyendo NaY, con una relación de componentes principales, expresada como relación de óxidos de metal alcalino, silicio y aluminio, de 3-25/5-30/1 , respectivamente, principalmente de 6-10/10-20/1 , con la relación óptima de 7-9/15-17/1 ; la solución (sol-gel de aluminosilicato) descrita se prepara a partir de ciertas fuentes de silicio y aluminio, que permiten la formación de un sistema sol-gel homogéneo, el cual es estable en condiciones normales y que no se descompone con la precipitación de la fase sólida de algún aluminosilicato. Para este objetivo, es ventajoso utilizar como fuente de aluminio soluble las sales del mismo, en particular sales inorgánicas; en el caso óptimo, el cristal hidrato de sulfato de aluminio más hidratado. La fuente de silicio preferentemente debe ser alguna de sus formas líquidas, tales como la solución de silicato alcalino (vidrio soluble o silicato sódico) y, óptimamente, las soluciones coloidales (soles) de sílice. The aluminosilicate solution (sol-gel) indicated in the described method may contain the known components for the synthesis of zeolites, in particular, for the synthesis of zeolite faujasite, including NaY, with a ratio of principal components, expressed as ratio of alkali metal, silicon and aluminum oxides, from 3-25 / 5-30 / 1, respectively, mainly from 6-10 / 10-20 / 1, with the optimum ratio of 7-9 / 15-17 / 1; The solution (aluminosilicate sol-gel) described is prepared from certain sources of silicon and aluminum, which allow the formation of a homogeneous sol-gel system, which is stable under normal conditions and does not decompose with the precipitation of the solid phase of some aluminosilicate. For this purpose, it is advantageous to use the salts thereof as a source of soluble aluminum, in particular inorganic salts; In the optimal case, the most hydrated aluminum sulfate hydrate crystal. The source of silicon should preferably be some of its liquid forms, such as the alkali silicate solution (soluble glass or sodium silicate) and, optimally, the colloidal solutions (soles) of silica.
La optimización de los resultados de la síntesis, preferentemente con el uso de los reactivos mencionados previamente, se logra mediante la secuencia de pasos de preparación de la solución (sol-gel) por etapas: en la primera fase, se preparan soluciones altamente alcalinas de sulfato de aluminio y sol de óxido de silicio, que se mezclan y homogenizan; la composición de la solución (sol), obtenida en esta fase, se expresa por la relación de óxidos 15 17 Na20/15 17 Si02/1 AI2O3/200 300 H20. En la segunda fase, la solución (sol) se almacena para lograr su envejecimiento durante un lapso de pocas horas hasta 30 días, preferentemente de 5-8 días, a temperaturas inferiores a la temperatura que será aplicada en la síntesis posterior, en particular entre 4-60°C, preferentemente entre 18-25 °C. En la etapa de gelificación por adición gradual de ácido, preferentemente de ácido sulfúrico, hasta obtener la composición correspondiente a la relación óptima de los componentes, especificada con anterioridad: 7-9 Na20/15-17 Si02/1 Al203 /400-500 H20/10-12 Na2S04. The optimization of the results of the synthesis, preferably with the use of the reagents mentioned above, is achieved by the sequence of steps of preparation of the solution (sol-gel) in stages: in the first phase, highly alkaline solutions of aluminum sulfate and silicon oxide sol, which mix and homogenize; the composition of the solution (sol) obtained in this stage is expressed by the ratio of oxides Na 2 0/15 15 17 17 Si0 2/1 Al 2 O 3 / H 2 200 300 0. In the second phase, solution (sun) is stored for aging for a period of a few hours up to 30 days, preferably 5-8 days, at temperatures below the temperature that will be applied in the subsequent synthesis, in particular between 4-60 ° C, preferably between 18-25 ° C. In the gelling step by gradual addition of acid, preferably sulfuric acid, to obtain the corresponding to the optimum ratio of components composition specified above: 7-9 Na 2 0 / Si0 15-17 2/1 Al 2 0 3 / 400-500 H 2 0 / 10-12 Na 2 S0 4 .
El sistema heterogéneo para la síntesis del material compuesto se prepara mezclando aluminosilicato (la solución sol, o gel), preferentemente el gel como se describe con la cantidad apropiada de óxido de aluminio sólido, preferentemente gamma-alúmina, preferentemente en forma de polvo, con agitación mecánica activa u otro método para lograr la máxima uniformidad de la distribución de partículas de la alúmina sólida en el volumen de gel. La optimización del resultado de la síntesis se logra gracias al almacenamiento (con agitación continua o no) de la fase obtenida anteriormente, durante un lapso de varias horas a varios días, preferentemente de 15-30 horas, a temperaturas inferiores a la temperatura de síntesis subsiguiente, en particular a temperatura ambiente (18-25 °C). The heterogeneous system for the synthesis of the composite material is prepared by mixing aluminosilicate (the sol solution, or gel), preferably the gel as described with the appropriate amount of solid aluminum oxide, preferably gamma-alumina, preferably in powder form, with Active mechanical agitation or other method to achieve maximum uniformity of the distribution of solid alumina particles in the gel volume. The optimization of the synthesis result is achieved thanks to the storage (with continuous stirring or not) of the phase obtained above, for a period of several hours to several days, preferably 15-30 hours, at temperatures below the subsequent synthesis temperature, in particular at room temperature (18 -25 ° C).
La relación entre el peso de la solución de aluminosilicato (sol gel) y del óxido de aluminio sólido en una mezcla de síntesis heterogénea, puede variar ampliamente si se garantizan las condiciones para una distribución uniforme, que proporcione la interacción mutua de las partículas de la fase sólida con la fase líquida; los límites de esta relación se encuentran entre la cantidad de solución (gel) correspondiente a las condiciones de mojado completo, y, por otro lado, aquella que coincida con la disolución completa de alúmina durante la síntesis hidrotérmica. La optimización del resultado de la síntesis del material compuesto, en particular, el tipo de zeolita y el tamaño de sus cristales, se consigue con un composito de gamma-alúmina y zeolita NaY a la nanoescala con una relación entre el peso de gel de aluminosilicato y de alúmina sólida dentro del intervalo de 5-30 a 1 , preferentemente de 10-20 a 1. The relationship between the weight of the aluminosilicate solution (sol gel) and the solid aluminum oxide in a heterogeneous synthesis mixture can vary widely if the conditions for a uniform distribution are guaranteed, which provides the mutual interaction of the particles of the solid phase with the liquid phase; the limits of this relationship are between the amount of solution (gel) corresponding to the conditions of complete wetting, and, on the other hand, that which coincides with the complete alumina solution during hydrothermal synthesis. Optimization of the result of the synthesis of the composite material, in particular, the type of zeolite and the size of its crystals, is achieved with a nanoscale gamma-alumina and zeolite NaY composition with a ratio between the weight of aluminosilicate gel and solid alumina within the range of 5-30 to 1, preferably 10-20 to 1.
La etapa activa (de alta temperatura) de la síntesis hidrotérmica del material compuesto, se caracteriza por la cristalización de la zeolita en la superficie de la alúmina sólida, acompañada de la disolución parcial de esta última y su consumo como fuente adicional de aluminio además del gel. La etapa activa puede llevarse a cabo a temperaturas entre 60-90 °C sin autoclave, o superior cuando se utiliza un autoclave, durante un periodo de varias horas a varios días, preferentemente de 6 a 48 horas, siendo el periodo óptimo de 7-10 horas para el compuesto de gamma-alúmina y zeolita nano NaY;  The active (high temperature) stage of the hydrothermal synthesis of the composite material is characterized by the crystallization of the zeolite on the surface of the solid alumina, accompanied by the partial dissolution of the latter and its consumption as an additional source of aluminum in addition to the gel. The active stage can be carried out at temperatures between 60-90 ° C without autoclave, or higher when an autoclave is used, for a period of several hours to several days, preferably 6 to 48 hours, the optimum period being 7- 10 hours for the gamma-alumina and zeolite nano NaY compound;
Para lograr el resultado deseado en la síntesis hidrotérmica de las zeolitas, es decir, el tipo predominante de zeolita y la pureza de su fase cristalina y/o el control del tamaño de los cristales, se utiliza la preparación de gel (sol) de aluminosilicato por etapas. La primera etapa inicia con la preparación de un gel de semilla preformado (gel de semillas, ZSDA "zeolite structure-directing agent", "agente director de estructura de zeolita"), que es uno de los componentes del gel final utilizado en la etapa de cristalización a temperatura elevada. Este método se distingue de otros para preparar la zeolita a partir del gel, tales como el uso de cristales de siembra en la síntesis, y el uso de un catión y/o de plantillas (agente director de la estructura) que contribuyen a la estabilización de elementos de la estructura del aluminosilicato durante las etapas tempranas de aparición de la fase sólida. En el método propuesto, el gel de semilla no contiene plantillas y se eliminan los compuestos orgánicos del proceso de la síntesis. To achieve the desired result in the hydrothermal synthesis of zeolites, that is, the predominant type of zeolite and the purity of its crystalline phase and / or the control of the size of the crystals, the preparation of aluminosilicate gel (sol) is used in stages. The first stage begins with the preparation of a preformed seed gel (seed gel, ZSDA "zeolite structure-directing agent", "zeolite structure directing agent"), which is one of the components of the final gel used in the stage of crystallization at elevated temperature. This method is distinguished from others to prepare the zeolite from the gel, such as the use of seed crystals in the synthesis, and the use of a cation and / or templates (structure directing agent) that contribute to stabilization. of elements of the aluminosilicate structure during the early stages of appearance of the solid phase. In the proposed method, the seed gel does not contain templates and the organic compounds are removed from the synthesis process.
El efecto deseado de esta etapa del método propuesto aquí, se consigue por la relación de los componentes del gel de semilla, que promueve la nucleación, pero al mismo tiempo inhibe la cristalización, es decir, el crecimiento de cristales. The desired effect of this stage of the method proposed here is achieved by the ratio of the components of the seed gel, which promotes nucleation, but at the same time inhibits crystallization, that is, the growth of crystals.
Típicamente, la composición de los geles de semilla tiene alcalinidad elevada y una relación sílice/alúmina relativamente más alta que el gel final en el que se logra la cristalización de la zeolita.  Typically, the composition of the seed gels has high alkalinity and a relatively higher silica / alumina ratio than the final gel in which the crystallization of the zeolite is achieved.
Así, para el crecimiento de una zeolita Y se utilizó para el gel de semillas una composición del 15 al 17 de Na20: 14 a 16 Si02: Al203: 285-357 H20, mientras que para el gel final se usó una composición de 3 a 6 Na20: 8 a 12 Si02: Al203: 120 a 200 H20. Los materiales de partida fueron silicato y aluminato de sodio. Thus, for the growth of a zeolite Y, a composition from 15 to 17 of Na 2 0: 14 to 16 Si0 2 : Al 2 0 3 : 285-357 H 2 0 was used for the seed gel, while for the gel Finally, a composition of 3 to 6 Na 2 0: 8 to 12 Si0 2 : Al 2 0 3 : 120 to 200 H 2 0 was used. The starting materials were silicate and sodium aluminate.
En, el gel precursor se preparó en dos etapas: primero, la preparación de ZSDA y, segundo, la preparación del gel en general. Se preparó ZSDA con una relación molar de 16Na2O/16SiO2/1AI2O3/210H2O mediante la adición de una mezcla de aluminio- sulfato-18-hidrato, gránulos de hidróxido de sodio y agua desionizada, a una mezcla de sol de sílice e hidróxido de sodio. Finalmente, se añadió una cantidad apropiada de ácido sulfúrico (99%, Dalian Chemical Reagent Plant) diluido en agua desionizada al ZSDA, bajo agitación vigorosa para formar el gel final con una relación molar de 7.8Na20/AI203/16SiO2/400H2O. In, the precursor gel was prepared in two stages: first, the preparation of ZSDA and, second, the preparation of the gel in general. ZSDA with a molar ratio of 16Na 2 O / 16SiO 2 / 1AI 2 O 3 / 210H 2 O was prepared by adding a mixture of aluminum sulfate-18-hydrate, granules of sodium hydroxide and deionized water, to a mixture from silica sol and sodium hydroxide. Finally, an appropriate amount of sulfuric acid (99%, Dalian Chemical Reagent Plant) diluted in deionized water was added to the ZSDA, under vigorous stirring to form the final gel with a molar ratio of 7.8Na 2 0 / AI 2 0 3 / 16SiO 2 / 400H 2 O.
Una forma de reducir el tamaño de los cristales de zeolita es la adición de sales a la mezcla de reacción (gel de síntesis), especialmente de sales de sodio. El efecto se atribuye al hecho de que los iones hidratados, particularmente los cationes Na+, son conocidos como "los agentes estructurantes" (agentes directores de la estructura) en la formación de una estructura cristalina autosostenida de zeolita, es decir, aquellos elementos (centros), alrededor de los cuales nacen los fragmentos de la estructura cristalina del aluminosilicato, lo que es lo mismo que núcleos de la fase de zeolita. Por lo tanto, la cantidad de núcleos y la velocidad de nucleación predominan sobre la tasa de crecimiento de los cristales, lo que lleva a una disminución en su tamaño promedio. Ante la falta de insumos de electrolitos, los cationes alcalinos juegan el papel de los centros de nucleación. Sin embargo, el aumento en el fondo iónico del gel y de los cationes de sodio adicionales se puede lograr mediante el uso como fuente de aluminio de una sal de aluminio, en particular, el sulfato de aluminio hidratado. Los cationes alcalinos que se introducen inicialmente en el sol permanecen en el sistema después de su neutralización parcial y gelificación con un ácido mineral. One way to reduce the size of the zeolite crystals is the addition of salts to the reaction mixture (synthesis gel), especially sodium salts. The effect is attributed to the fact that hydrated ions, particularly Na + cations, are known as "the structuring agents" (structure directing agents) in the formation of a self-sustaining crystalline structure of zeolite, that is, those elements ( centers), around which the fragments of the crystalline structure of the aluminosilicate are born, which is the same as nuclei of the zeolite phase. Therefore, the number of nuclei and the rate of nucleation predominate over the growth rate of the crystals, which leads to a decrease in their average size. In the absence of electrolyte inputs, alkali cations play the role of nucleation centers. However, the increase in the ionic bottom of the gel and the additional sodium cations can be achieved by using as an aluminum source an aluminum salt, in particular, hydrated aluminum sulfate. Alkaline cations that are initially introduced into the sun remain in the system after partial neutralization and gelation with a mineral acid.
El aumento del contenido iónico también puede ayudar a superar la repulsión en el sistema microheterogéneo entre las partículas de aluminato y de silicato, las cuales en un medio alcalino tienen el mismo signo en las cargas de la superficie, debido a la violación de su doble capa eléctrica, lo que también contribuye a la formación de núcleos de zeolita en la fase de aluminosilicato. Esto es más pronunciado en el caso de síntesis en un sistema macroheterogéneo, por ejemplo, en un sistema en el que una de las fuentes es la fase sólida de óxido de aluminio. El aumento del contenido iónico puede dar lugar a la agregación de las zeolitas submicrónicas, entre sí, como con la fase de la alúmina presente o residual. Este tipo de efecto puede ser considerado benéfico como se ha señalado. Bajo estas condiciones de aglomeración, las partículas resultantes (de unas pocas mieras) conservan las propiedades ventajosas típicas de los submicro- y nano-cristales de las zeolitas, tales como el aumento de la difusión y la cinética acelerada de intercambio iónico. Simultáneamente, se obtienen ventajas para el uso de estos aglomerados en los procesos catalíticos industriales asociadas a su tamaño relativamente grande y a su solidez. Un elemento importante de la metodología es el envejecimiento (aging) del gelThe increase in ionic content can also help overcome the repulsion in the microheterogeneous system between aluminate and silicate particles, which in an alkaline medium have the same sign on surface charges, due to the violation of their double layer electrical, which also contributes to the formation of zeolite nuclei in the aluminosilicate phase. This is more pronounced in the case of synthesis in a macro-heterogeneous system, for example, in a system in which one of the sources is the solid phase of aluminum oxide. The increase in ionic content can lead to the aggregation of submicron zeolites, with each other, as with the present or residual alumina phase. This type of effect can be considered beneficial as noted. Under these agglomeration conditions, the resulting particles (of a few microns) retain the typical advantageous properties of the submicro- and nano-crystals of the zeolites, such as increased diffusion and accelerated ion exchange kinetics. Simultaneously, advantages are obtained for the use of these agglomerates in the industrial catalytic processes associated with their relatively large size and solidity. An important element of the methodology is the aging of the gel
(sol) de semilla. Generalmente el envejecimiento del gel comprende el período entre la mezcla de reactivos para formar una fase del gel y la aplicación de altas temperaturas para comenzar su recristalización y formar la zeolita u otra fase. El envejecimiento siempre tiene lugar a temperaturas relativamente bajas comparadas con la temperatura de cristalización. (sun) of seed. Generally the aging of the gel comprises the period between the mixture of reagents to form a phase of the gel and the application of high temperatures to begin its recrystallization and form the zeolite or another phase. Aging always takes place at relatively low temperatures compared to the crystallization temperature.
En el caso de síntesis por etapas, para cada gel intermedio, por ejemplo, para el gel de semillas, el periodo de envejecimiento termina en el momento en el que el gel envejecido se mezcla con otros componentes para preparar un gel subsiguiente o final y realizar así la síntesis del producto deseado. En la etapa de envejecimiento se producen los procesos de reestructuración del gel, incluyendo la nucleación de las fases cristalinas. Por lo tanto, la barrera más alta de energía, asociada con las condiciones adecuadas para formar los cristales dentro de los intervalos de tiempo reales, no se alcanzan en las condiciones de envejecimiento establecidas, y, por lo tanto, el proceso de nucleación en cierta medida está separado del proceso de crecimiento de los cristales. In the case of step synthesis, for each intermediate gel, for example, for the seed gel, the aging period ends at the moment when the aged gel is mixed with other components to prepare a subsequent or final gel and perform thus the synthesis of the desired product. In the aging stage, the gel restructuring processes occur, including the nucleation of the crystalline phases. Therefore, the highest energy barrier, associated with the appropriate conditions to form the crystals within the actual time intervals, is not reached under the established aging conditions, and, therefore, the nucleation process in certain measure is separated from the crystal growth process.
Las condiciones de envejecimiento de geles, tales como temperatura, tiempo, condiciones de mezclado, en igualdad de otras condiciones, determinan no solo el rendimiento del producto cristalino, sino también su tipo, su morfología y el tamaño de los cristales. The aging conditions of gels, such as temperature, time, mixing conditions, other conditions being equal, determine not only the performance of the crystalline product, but also its type, morphology and crystal size.
En general se considera que el envejecimiento: In general, aging is considered:
- Aumenta el número de núcleos germinales y, posteriormente, la velocidad de nucleación de la fase precursora de la zeolita;  - Increases the number of germ nuclei and, subsequently, the nucleation rate of the precursor phase of the zeolite;
- Reduce el período de inducción y la duración de la cristalización;  - Reduces the induction period and the duration of crystallization;
- Aumenta la población de cristales (rendimiento de producto cristalino);  - Increase the population of crystals (crystalline product yield);
- Reduce el tamaño de los cristales.  - Reduce the size of the crystals.
Se ha establecido, además, que en ciertos casos de síntesis de zeolitas de tipo faujasita, el tiempo insuficiente o excesivo de envejecimiento del gel final conduce a la cristalización de otras fases y otros tipos de zeolitas (sodalita, chabazita, analcima, gismondina). Por lo tanto, se requiere optimizar las condiciones de envejecimiento para cada gel (sol), incluyendo a las composiciones intermedias (por ejemplo, el gel de semilla), lo que permite lograr la pureza de la zeolita y minimizar el tamaño de los cristales. La etapa del proceso asociada con el envejecimiento de la mezcla de gel de aluminosilicato y alúmina sólida (preferentemente en forma de polvo), a temperaturas relativamente más bajas que la temperatura de cristalización de la fase zeolita, favorece la nucleacion preferencial de la zeolita en la superficie de las partículas de la alúmina, lo que proporciona una formación más eficiente de la fase de zeolita en forma de numerosos cristales nanometricos fusionados directamente a la superficie de la fase de la alúmina. It has also been established that in certain cases of faujasite-type zeolite synthesis, insufficient or excessive aging of the final gel leads to the crystallization of other phases and other types of zeolites (sodalite, chabazite, analcime, gismondin). Therefore, it is required to optimize the aging conditions for each gel (sol), including intermediate compositions (for example, seed gel), which allows to achieve the purity of the zeolite and minimize the size of the crystals. The process stage associated with the aging of the mixture of aluminosilicate gel and solid alumina (preferably in powder form), at temperatures relatively lower than the crystallization temperature of the zeolite phase, favors the preferential nucleation of the zeolite in the surface of alumina particles, which provides a more efficient formation of the zeolite phase in the form of numerous nanometric crystals fused directly to the surface of the alumina phase.
Además, el crecimiento de los cristales de zeolita en la superficie de la alúmina no sólo se debe a la recristalización del esqueleto del gel, sino también al consumo de aluminio proveniente de la alúmina durante su disolución parcial, cuando ésta interacciona con la fase líquida del gel rico en silicato, y a la recristalización de la zeolita predeterminada, cuyos núcleos aparecieron durante el proceso previo de nucleacion. El alto contenido de sílice en el gel promueve este proceso. Además, el mayor contenido de silicio en el gel promueve la síntesis de una zeolita con un módulo (relación Si/Al) alto, lo cual es deseable en muchos casos, y a menudo uno de los objetivos a obtener. En particular en la síntesis de zeolita Y, el módulo alto induce una estabilidad térmica e hidrotérmica aumentada y reforzada de tales zeolitas. In addition, the growth of zeolite crystals on the surface of the alumina is not only due to the recrystallization of the gel skeleton, but also to the consumption of aluminum from the alumina during its partial dissolution, when it interacts with the liquid phase of the silicate rich gel, and the recrystallization of the predetermined zeolite, whose nuclei appeared during the previous nucleation process. The high silica content in the gel promotes this process. In addition, the higher silicon content in the gel promotes the synthesis of a zeolite with a high modulus (Si / Al ratio), which is desirable in many cases, and often one of the objectives to be obtained. In particular in the synthesis of zeolite Y, the high modulus induces an increased and reinforced thermal and hydrothermal stability of such zeolites.
EJEMPLOS EXAMPLES
La presente invención será mejor entendida a partir de los siguientes ejemplos, los cuales se presentan únicamente con fines ilustrativos para permitir la comprensión cabal de las modalidades preferidas de la presente invención, sin que por ello se implique que no existen otras modalidades no ilustradas que puedan llevarse a la práctica con base en la descripción detallada previamente realizada. Los siguientes ejemplos son ilustrativos de las propiedades, capacidades y alcances de la invención, pero no son limitantes de su verdadero alcance. Como ejemplo de la aplicación y desempeño del método de obtención de un material compuesto de aluminosilicato que contiene alúmina y nanozeolita ya descrito, se describen los siguientes datos y resultados experimentales, esto con la finalidad de aportar los elementos necesarios para llevar cabo la invención, mas no son limitativos del alcance de la misma: The present invention will be better understood from the following examples, which are presented for illustrative purposes only to allow full understanding of the preferred embodiments of the present invention, without implying that there are no other non-illustrated modalities that may be implemented based on the detailed description previously made. The following examples are illustrative of the properties, capabilities and scope of the invention, but are not limiting of its true scope. As an example of the application and performance of the method of obtaining an aluminosilicate composite material containing alumina and nanozeolite already described, the following data and experimental results are described, this in order to provide the necessary elements to carry out the invention, more They are not limiting the scope of it:
Los siguientes ejemplos ilustran la presente invención; representan realizaciones de la misma, sin limitarla a estos ejemplos. The following examples illustrate the present invention; they represent embodiments thereof, without limiting it to these examples.
Ejemplo 1. Example 1.
(1) Se prepara una solución de aluminato, A, que contiene 3.95 g de cristales de hidrato de sulfato de aluminio AI2(S04)3-16 H20, 12.34 g de H20 destilada, y 3.16 g de NaOH. (1) An aluminate solution, A, is prepared containing 3.95 g of crystals of aluminum sulfate hydrate AI 2 (S0 4 ) 3 -16 H 2 0, 12.34 g of distilled H 2 0, and 3.16 g of NaOH .
(2) Se prepara una solución de silicato, B, que contiene 20.03 g de la solución coloidal de óxido de silicio (Ludox 30, 30% Si02 de peso) y 6.49 g de NaOH. (2) A silicate solution, B, is prepared containing 20.03 g of the colloidal solution of silicon oxide (Ludox 30, 30% Si0 2 by weight) and 6.49 g of NaOH.
(3) Se prepara una solución de aluminosilicato (sol), C, mediante la adición lenta de la solución A a la solución B con agitación vigorosa durante 1 hora.  (3) A solution of aluminosilicate (sol), C, is prepared by slowly adding solution A to solution B with vigorous stirring for 1 hour.
(4) Se elabora el sol transparente C con composición 16.3 Na20/ 16.0 Si02/ Al203/ 273 H20/ 3 Na2S04, y se almacena durante 85 horas sin agitación. (4) the clear sol is made with composition C 16.3 Na 2 0 / Si0 2 16.0 / Al 2 0 3/273 H 2 0 / Na 2 S0 4 3, and stored for 85 hours without stirring.
(5) El sol C se gelifica mediante la adición lenta de 22 mi de una solución acuosa de H2S04 (concentración 2.31 M). (5) Sol C is gelled by the slow addition of 22 ml of an aqueous solution of H 2 S0 4 (concentration 2.31 M).
(6) El gel resultante, D, de composición 8.16 Na2O/16.05 Si02/ Al203/ 462 H20/ 11.14 Na2S04 se agita vigorosamente durante 1 hora. (7) La mezcla reactante se prepara para la síntesis del material compuesto, mezclando 42.00 g de gel D y 2.00 g de polvo de γ-ΑΙ203 (SA 6173 Norton Chemical Process Product Corporation) con agitación vigorosa durante 2 horas. (6) The resulting gel, D, of composition 8.16 Na 2 O / 16.05 Si0 2 / Al 2 0 3/462 H 2 0 / Na 2 S0 4 11.14 stirred vigorously for 1 hour. (7) The reactant mixture is prepared for the synthesis of the composite material, mixing 42.00 g of D gel and 2.00 g of γ-ΑΙ 2 0 3 powder (SA 6173 Norton Chemical Process Product Corporation) with vigorous stirring for 2 hours.
(8) La mezcla se mantiene a 20 °C durante 18 horas.  (8) The mixture is maintained at 20 ° C for 18 hours.
(9) La mezcla resultante se calienta a 90 °C en un recipiente cerrado hecho de polipropileno y se mantiene a esta temperatura durante 8 horas.  (9) The resulting mixture is heated to 90 ° C in a closed container made of polypropylene and maintained at this temperature for 8 hours.
(10) El producto obtenido se suspende en exceso de agua destilada, la fase sólida se separa por filtración a través de una membrana sintética usando una bomba de vacío, se lava en el filtro hasta llegar a pH 8 y después el filtrado se seca durante 24 horas a 120 °C.  (10) The product obtained is suspended in excess of distilled water, the solid phase is filtered off through a synthetic membrane using a vacuum pump, washed in the filter until it reaches pH 8 and then the filtrate is dried during 24 hours at 120 ° C.
(11) El producto resultante, un material compuesto en forma de polvo, contiene una mezcla de zeolita Y, y γ-ΑΙ203. (11) The resulting product, a powder-shaped composite material, contains a mixture of zeolite Y, and γ-0 2 0 3 .
El material compuesto se ha caracterizado mediante los siguientes métodos: The composite material has been characterized by the following methods:
- difracción de rayos X; - X-ray diffraction;
- microscopía electrónica de barrido;  - scanning electron microscopy;
- microanálisis EDS (espectroscopia por dispersión de energía);  - EDS microanalysis (energy dispersion spectroscopy);
- microscopía electrónica de transmisión (TE );  - transmission electron microscopy (TE);
- la técnica de adsorción física de N2 que describe las características de la porosidad. - the N 2 physical adsorption technique that describes the characteristics of the porosity.
Una imagen obtenida por SEM (Figura 1), muestra que el producto es una combinación de partículas aglomeradas pseudo-esféricas con tamaño de alrededor de 200 nm.  An image obtained by SEM (Figure 1) shows that the product is a combination of pseudo-spherical agglomerated particles with a size of about 200 nm.
Según el análisis por EDS, la relación atómica Si/Al tiene el valor igual a 2.02 en el material compuesto y a 2.75 en la zeolita. De acuerdo con la difracción de rayos X, el material compuesto consiste exclusivamente de zeolita Y (FAU) y γ-ΑΙ203 (Figura 2). No hay otras fases. La estimación del tamaño de los cristales de zeolita Y por ampliación de reflexiones aplicando la ecuación de Scherrer da un valor de 45 nm. According to the EDS analysis, the Si / Al atomic ratio has the value equal to 2.02 in the composite and 2.75 in the zeolite. According to X-ray diffraction, the composite material consists exclusively of zeolite Y (FAU) and γ-ΑΙ 2 0 3 (Figure 2). There are no other phases. The estimation of the size of the zeolite Y crystals by expanding reflections applying the Scherrer equation gives a value of 45 nm.
La evaluación de las proporciones cuantitativas de los componentes en el material compuesto de acuerdo con los datos de EDS y difracción de rayos X muestra que alrededor de 27% de óxido de aluminio se encuentra en una fase de alúmina, que corresponde aproximadamente a una relación en peso de γ-ΑΙ203 y zeolita de 1 a 10. El análisis de las imágenes obtenidas por el TEM (Figuras 3 y 4) confirma que las partículas compuestas son aglomerados que tienen en el centro partículas de alúmina que expresa una cristalinidad pobre, recubiertas de cristales de zeolita en nanoescala (20-100 nm) bien formados y densamente fusionados. Por el método de adsorción de nitrógeno se han determinado las características de la superficie y los poros del material compuesto. The evaluation of the quantitative proportions of the components in the composite material according to the EDS and X-ray diffraction data shows that about 27% of aluminum oxide is in an alumina phase, corresponding approximately to a ratio in weight of γ-ΑΙ 2 0 3 and zeolite from 1 to 10. Analysis of the images obtained by the TEM (Figures 3 and 4) confirms that the composite particles are agglomerated that have alumina particles in the center that express poor crystallinity , coated with well-formed and densely fused nanoscale zeolite crystals (20-100 nm). The characteristics of the surface and pores of the composite material have been determined by the nitrogen adsorption method.
El tipo de isotermas de adsorción-desorción es característico para un material con una estructura de poros jerárquica, con una superficie externa desarrollada, y que tiene mesoporos (Figura 5). A pesar del hecho de que la fase de zeolita prevalece en el material compuesto, es un compuesto que difiere fundamentalmente de la muestra de zeolita convencional, para la cual la superficie de los mesoporos y externa es insignificante. La Tabla 1 muestra los datos calculados por los métodos de BET y de t- plot en el área de la superficie y el volumen de poros del material compuesto obtenido. Para la comparación, los datos para una muestra típica de la zeolita Y sintetizada son mostrados. Tabla 1 The type of adsorption-desorption isotherms is characteristic for a material with a hierarchical pore structure, with a developed outer surface, and which has mesopores (Figure 5). Despite the fact that the zeolite phase prevails in the composite material, it is a compound that differs fundamentally from the conventional zeolite sample, for which the surface of the mesopores and external is insignificant. Table 1 shows the data calculated by the BET and t-plot methods in the surface area and the pore volume of the composite material obtained. For comparison, data for a typical sample of the synthesized zeolite Y are shown. Table 1
Figure imgf000035_0001
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En particular, la superficie total del material compuesto fue de 372 g/m2, lo que da un valor menor al de la zeolita, pero 2 veces mayor al valor de la superficie total inicial de la γ-ΑΙ203. A pesar de que el material compuesto tiene una superficie microporosa menor que la zeolita, este material tiene volúmenes de mesoporos decenas de veces más grandes que la zeolita. In particular, the total surface area of the composite material was 372 g / m 2 , which gives a value less than that of zeolite, but 2 times greater than the value of the initial total surface area of γ-ΑΙ 2 0 3 . Although the composite material has a microporous surface smaller than zeolite, this material has mesopore volumes tens of times larger than zeolite.
Ejemplo 2 Example 2
(1) Se prepara una solución de aluminato, A, que contiene 5.79 g de cristales de hidrato de sulfato de aluminio AI2(S04)3-16 H20, 15.83 g de H20 destilada y 3.16 g NaOH. (1) An aluminate solution, A, is prepared containing 5.79 g of crystals of aluminum sulfate hydrate AI 2 (S0 4 ) 3 -16 H 2 0, 15.83 g of distilled H 2 0 and 3.16 g NaOH.
(2) Se toman 28.90 g de la solución coloidal de óxido de silicio (Ludox 30, 30% Si02 de peso), es la solución B. (2) 28.90 g of the colloidal solution of silicon oxide (Ludox 30, 30% Si0 2 by weight) is taken, it is solution B.
(3) Se prepara una solución de aluminosilicato (sol), C, mediante la adición lenta de la solución A a la solución B con agitación vigorosa durante 1 hora.  (3) A solution of aluminosilicate (sol), C, is prepared by slowly adding solution A to solution B with vigorous stirring for 1 hour.
(4) El sol transparente C con composición 15.93 Na20/ 15.79 Si02/ Al203/ 269 H20/ 3 Na2S04 se almacena durante 85 horas sin agitación. (4) The composition transparent sol C 15.93 Na 2 0 / Si0 2 15.79 / Al 2 0 3/269 H 2 0 / Na 2 S0 4 3 is stored for 85 hours without stirring.
(5) El sol C envejecido se gelifica mediante la adición lenta de 35.2 mi de una solución acuosa de H2S04 (concentración 2.31 M). (6) El gel resultante, D, de composición 7.04 Na20/15.79 Si02/ Al203/ 475 H20/ 11.88 Na2S04se agita vigorosamente durante 1 hora. (5) The aged C sun is gelled by the slow addition of 35.2 ml of an aqueous solution of H 2 S0 4 (concentration 2.31 M). (6) The resulting gel, D, of composition 7.04 Na 2 0 / Si0 2 15.79 / Al 2 0 3/475 H 2 0 / Na 2 S0 4 11.88 stirred vigorously for 1 hour.
(7) La mezcla reactante para la síntesis del material compuesto se prepara con 16.04 g de gel D y 2.93 g de polvo de γ-ΑΙ203 (SA 6173 Norton Chemical Process Product Corporation) con agitación vigorosa durante 2 horas. (7) The reactant mixture for the synthesis of the composite material is prepared with 16.04 g of D gel and 2.93 g of γ-ΑΙ 2 0 3 powder (SA 6173 Norton Chemical Process Product Corporation) with vigorous stirring for 2 hours.
(8) La mezcla obtenida se mantiene a 20 °C durante 18 horas.  (8) The obtained mixture is kept at 20 ° C for 18 hours.
(9) La mezcla resultante se calienta a 90 °C en un recipiente cerrado hecho de polipropileno y se mantiene a esta temperatura durante 8 horas.  (9) The resulting mixture is heated to 90 ° C in a closed container made of polypropylene and maintained at this temperature for 8 hours.
(10) El producto obtenido se suspende en exceso de agua destilada, la fase sólida se separa por filtración a través de una membrana sintética usando una bomba de vacío, se lava en el filtro hasta llegar a pH 8 y después el filtrado se seca durante 24 horas a 120 °C.  (10) The product obtained is suspended in excess of distilled water, the solid phase is filtered off through a synthetic membrane using a vacuum pump, washed in the filter until it reaches pH 8 and then the filtrate is dried during 24 hours at 120 ° C.
(11) El producto resultante, un material compuesto en forma de polvo contiene una mezcla de zeolita KS01 , zeolita Y, y γ-ΑΙ203. (11) The resulting product, a powder-shaped composite material contains a mixture of zeolite KS01, zeolite Y, and γ-0 2 0 3 .
El material compuesto se ha caracterizado mediante los siguientes métodos: The composite material has been characterized by the following methods:
- difracción de rayos X; - X-ray diffraction;
- microscopía electrónica de barrido;  - scanning electron microscopy;
- mícroanálisis EDS (espectroscopia por dispersión de energía).  - EDS mycroanalysis (energy dispersion spectroscopy).
Una imagen obtenida por SEM (Figura 7), muestra que el producto es una combinación de partículas aglomeradas pseudo-esféricas con tamaño en el intervalo de 0.5 a 1.0 mieras, las cuales a su vez son aglomerados de las partículas más pequeñas.  An image obtained by SEM (Figure 7) shows that the product is a combination of pseudo-spherical agglomerated particles with a size in the range of 0.5 to 1.0 microns, which in turn are agglomerated of the smallest particles.
Según el análisis por EDS la relación atómica Si/Al tiene el valor en el material compuesto de 1.69. According to the EDS analysis, the Si / Al atomic ratio has the value in the composite material of 1.69.
De acuerdo con la difracción de rayos X, el material compuesto consiste de una cantidad predominante de zeolita KS01 (descrito la Ref. [66]), de γ-ΑΙ203 y zeolita Y (Figura 8). La estimación del tamaño de los cristales de zeolita Y por ampliación de reflexiones aplicando la ecuación de Scherrer da un valor de 15 nm y, por lo tanto concluimos que el material sintetizado por este método tiene un alto contenido de cristales de zeolita Y de nanoescala. Aun cuando se han ilustrado y descrito ciertas modalidades de la invención, debe hacerse hincapié en que son posibles numerosas modificaciones a la misma, tales como diferentes concentraciones o inclusión de nuevas sustancias activas, a la presente invención pero tales modificaciones no representarían un alejamiento del verdadero alcance de la invención. Por lo tanto, la presente invención no deberá considerarse como restringida excepto por lo establecido en el estado de la técnica, así como por el alcance de las reivindicaciones anexas. According to the X-ray diffraction, the composite material consists of a predominant amount of zeolite KS01 (described Ref. [66]), of γ-ΑΙ 2 0 3 and zeolite Y (Figure 8). The estimation of the size of zeolite Y crystals by extension of reflections applying the Scherrer equation gives a value of 15 nm and, therefore, we conclude that the material synthesized by this method has a high content of zeolite Y nanoscale crystals. Although certain embodiments of the invention have been illustrated and described, it should be emphasized that numerous modifications to it, such as different concentrations or inclusion of new active substances, are possible to the present invention but such modifications would not represent a departure from the true scope of the invention. Therefore, the present invention should not be considered as restricted except as set forth in the prior art, as well as by the scope of the appended claims.
REFERENCIAS REFERENCES
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[7] P. Kortunov, S. Vasenkov, J. Kárger, R. Valiullin, .P Gottschalk, M.F. Elía, M. [7] P. Kortunov, S. Vasenkov, J. Kárger, R. Valiullin, .P Gottschalk, M.F. Elía, M.
Pérez, M. Stócker, B. Drescher, G. McElhiney, C. Berger, R. Gláser, J. Weitkamp, J. Am. Chem. Soc. 127 (2005) 13055-13059.  Pérez, M. Stócker, B. Drescher, G. McElhiney, C. Berger, R. Glaser, J. Weitkamp, J. Am. Chem. Soc. 127 (2005) 13055-13059.
[8] J. García-Martínez, K. Lia , G. Krishnaiaha, Chem. Commun. 48 (2012) 11841- 11843. [8] J. García-Martínez, K. Lia, G. Krishnaiaha, Chem. Commun. 48 (2012) 11841-11843.
[9] M. Tromp, J. A. van Bokhoven, M. T Garriga Oostenbrink, J. H. Bitter, K. P. de Jong, D. C. Koningsberger, J. Catal. 190 (2000) 209-214. [9] M. Tromp, J. A. van Bokhoven, M. T Garriga Oostenbrink, J. H. Bitter, K. P. de Jong, D. C. Koningsberger, J. Catal. 190 (2000) 209-214.
[10] S. van Donk, A. Broersma, O. L. J. Gijzeman, J. A. van Bokhoven, J. H. Bitter, K. [10] S. van Donk, A. Broersma, O. L. J. Gijzeman, J. A. van Bokhoven, J. H. Bitter, K.
P. de Jong, J. Catal. 204 (2001) 272-280.  P. de Jong, J. Catal. 204 (2001) 272-280.
[11] X. Meng, F. Nawaz, F.-S. Xiao, Nano Today 4 (2009) 292—301 [11] X. Meng, F. Nawaz, F.-S. Xiao, Nano Today 4 (2009) 292-301
[12] I. Schmidt, A. Boisen, E. Gustavsson, K. Stáhl, S. Pehrson, S. Dahl, A. Carlsson, C. J. H. Jacobsen, Chem. Mater. 13 (2001 ) 4416 -4418. [12] I. Schmidt, A. Boisen, E. Gustavsson, K. Stáhl, S. Pehrson, S. Dahl, A. Carlsson, C. J. H. Jacobsen, Chem. Mater. 13 (2001) 4416-4418.
[13] Y. Tao, Y. Hattori, A. Matumoto, H. Kanoh, K. Kaneko, J. Phys. Chem. B 109 (2005) 194 - 199. [13] Y. Tao, Y. Hattori, A. Matumoto, H. Kanoh, K. Kaneko, J. Phys. Chem. B 109 (2005) 194-199.
[14] A. H. Janssen, I. Schmidt, C. J. H. Jacobsen, A. J. Koster, K. P. de Jong, Micropor. Mesopor. Mater. 65 (2003) 59 -75.  [14] A. H. Janssen, I. Schmidt, C. J. H. Jacobsen, A. J. Koster, K. P. de Jong, Micropor. Mesopor. Mater. 65 (2003) 59-75.
[15] K. Egeblad, C.H. Christensen, M. Kustova, C.H. Christensen, Chem. Mater. 20 (2008) [16; J. Pérez- Ramírez, C.H. Christensen, K. Egeblad, C.H. Christensen, J.C. Groen, Chem. Soc. Rev. 37 (2008) 2530. [15] K. Egeblad, CH Christensen, M. Kustova, CH Christensen, Chem. Mater. 20 (2008) [16; J. Pérez- Ramírez, CH Christensen, K. Egeblad, CH Christensen, JC Groen, Chem. Soc. Rev. 37 (2008) 2530.
[1 F.-S. Xiao, L. Wang, C. Yin, K. Lin, Y. Di, J. Li, R. Xu, D. Su, R. Schlógl, T. Yokoi, [1 F.-S. Xiao, L. Wang, C. Yin, K. Lin, Y. Di, J. Li, R. Xu, D. Su, R. Schlógl, T. Yokoi,
T. Tatsumi, Angew. Chem., Int. Ed. 45 (2006) 3090. T. Tatsumi, Angew. Chem., Int. Ed. 45 (2006) 3090.
[18; S. Liu, X. Cao, L. Li, C. Li, Y. Ji, F.-S. Xiao, Coll. Surf. A 318 (2008) 269.  [18; S. Liu, X. Cao, L. Li, C. Li, Y. Ji, F.-S. Xiao, Coll. Surf. A 318 (2008) 269.
[19; R. Srivastava, M. Choi, R. Ryoo, Chem. Commun. 43 (2006) 4489. [19; R. Srivastava, M. Choi, R. Ryoo, Chem. Commun. 43 (2006) 4489.
[20 V.N. Shetti, J. Kim, R. Srivastava, M. Choi, R. Ryoo, J. Catal. 254 (2008) 296.  [20 V.N. Shetti, J. Kim, R. Srivastava, M. Choi, R. Ryoo, J. Catal. 254 (2008) 296.
[2 J. C. Groen, L. A. A. Peffer, J. A. Moulijn, J. Perez-Ramirez, Chem. Eur. J.,[2 J. C. Groen, L.A. A. Peffer, J. A. Moulijn, J. Perez-Ramirez, Chem. Eur. J.,
(2005) (2005)
[22 R. A. Beyerlein, C. Choi-Feng, J. B. Hall, B. J. Huggins, G. J. Ray, Top. Catal. 4 (1997) 27-42.  [22 R. A. Beyerlein, C. Choi-Feng, J. B. Hall, B. J. Huggins, G. J. Ray, Top. Catal. 4 (1997) 27-42.
[23; Patente US 5,601 ,798 (1997).  [2. 3; US Patent 5,601, 798 (1997).
[24; W. Lutz, R. Kurzhals, G. Kryukova, D. Enke, M. Weber, D. Heidemann Z. Anorg. [24; W. Lutz, R. Kurzhals, G. Kryukova, D. Enke, M. Weber, D. Heidemann Z. Anorg.
Allgem. Chem. 636 (2010) 1497  Allgem. Chem. 636 (2010) 1497
[25 Patente US 5,069,890 (1991).  [25 US Patent 5,069,890 (1991).
[26 Patente US 5,112,473 (1992). [26 US Patent 5,112,473 (1992).
[2 Patente US 4269815 (1981). [2 US Patent 4269815 (1981).
[28 Patente RU 2,127,227 (1999). [28 RU Patent 2,127,227 (1999).
[29 Patente RU 2213055 (2000). [29 RU 2213055 (2000).
[30; A. H. Janssen, A. J. Koster, K. P. de Jong, J. Phys. Chem. B 106 (2002) 11905- 11909. [30; A. H. Janssen, A. J. Koster, K. P. de Jong, J. Phys. Chem. B 106 (2002) 11905-11909.
[31 L. Tosheva, V.P. Valtchev, Chem. Mater. 17 (2005) 2494- 2513.  [31 L. Tosheva, V.P. Valtchev, Chem. Mater. 17 (2005) 2494-2513.
[32; S. Mintova, N. H. Olson, T. Bein, Angew. Chem., Int. Ed. 38 (1999) 3201-3204.  [32; S. Mintova, N. H. Olson, T. Bein, Angew. Chem., Int. Ed. 38 (1999) 3201-3204.
[33; Y. C. Kim, J. Y. Jeong, J. Y. Hwang, S. D. Kim, W. J. Kim, J. Por. Mater. 16 (2008) 299-306. [33; Y. C. Kim, J. Y. Jeong, J. Y. Hwang, S. D. Kim, W. J. Kim, J. Por. Mater. 16 (2008) 299-306.
[34] O. Larlus, S. Mintova, T. Bein, Micropor. Mesopor. Mater. 96(2006) 405-412. [35] Holmberg, B.A. H. Wang, J.M. Norbeck, Y. Yan, Micropor. Mesopor.Mater. 59[34] O. Larlus, S. Mintova, T. Bein, Micropor. Mesopor. Mater. 96 (2006) 405-412. [35] Holmberg, BAH Wang, JM Norbeck, Y. Yan, Micropor. Mesopor.Mater. 59
(2003) 13-28. (2003) 13-28.
[36] B. J. Schoeman, J. Sterte, J.-E. Otterstedt, Zeolites 14 (1994) 110.  [36] B. J. Schoeman, J. Sterte, J.-E. Otterstedt, Zeolites 14 (1994) 110.
[37] N. B. Castagnola and P. K. Dutta, J. Phys. Chem. B, 102 (1998) 1696. [37] N. B. Castagnola and P. K. Dutta, J. Phys. Chem. B, 102 (1998) 1696.
[38] G. Zhu, S. Qiu, J. Yu, Y. Sakamoto, F. Xiao, R. Xu, O. Terasaki, Chem. Mater. 10 (1998) 1483. [38] G. Zhu, S. Qiu, J. Yu, Y. Sakamoto, F. Xiao, R. Xu, O. Terasaki, Chem. Mater. 10 (1998) 1483.
[39] S. Mintova and V. Valtchev, Stud. Surf. Sci. Catal. 125 (1999) 141.  [39] S. Mintova and V. Valtchev, Stud. Surf. Sci. Catal. 125 (1999) 141.
[40] Q. Li, B.Mihailova, D. Creaser, J. Sterte, Micropor. Mesopor. Mater. 40 (2000) 53. [40] Q. Li, B. Mihailova, D. Creaser, J. Sterte, Micropor. Mesopor. Mater. 40 (2000) 53.
[41] W. Song, R. E. Justice, C. A. Jones, V. H. Grassian, S. C. Larsen, Langmuir 20 (2004) 4696. [41] W. Song, R. E. Justice, C. A. Jones, V. H. Grassian, S. C. Larsen, Langmuir 20 (2004) 4696.
[42] R.van, Grieken, J. L. Sotelo, J. M. Menendez, J. A. Melero, Micropor. Mesopor.  [42] R. van, Grieken, J. L. Sotelo, J. M. Menendez, J. A. Melero, Micropor. Mesopor.
Mater. 39 (2000) 135.  Mater. 39 (2000) 135.
[43] W. Song, R. E. Justice, C. A. Jones, V. H. Grassian, S. C. Larsen, Langmuir 20 [43] W. Song, R. E. Justice, C. A. Jones, V. H. Grassian, S. C. Larsen, Langmuir 20
(2004) 8301. (2004) 8301.
[44] Q. Li, D. Creaser, J. Sterte, J. Chem. Mater. 14 (2002) 1319. [44] Q. Li, D. Creaser, J. Sterte, J. Chem. Mater. 14 (2002) 1319.
[45] P. Morales-Pacheco, F. Alvarez-Ramirez, P. D. Angel, L. Bucio, J. M.  [45] P. Morales-Pacheco, F. Alvarez-Ramirez, P. D. Angel, L. Bucio, J. M.
Domínguez, J. Phys. Chem. C 1 1 1 (2007) 2368.  Dominguez, J. Phys. Chem. C 1 1 1 (2007) 2368.
[46] W. Song, R. Kanthasamy, V. H. Grassian, S. C. Larsen, Chem. Commun. 40[46] W. Song, R. Kanthasamy, V. H. Grassian, S. C. Larsen, Chem. Commun. 40
(2004) 1920. (2004) 1920.
[47] W. Song, G Li,. V. H. Grassian, S. C. Larsen, Envíron. Sci. Technol. 39 (2005) 1214. [47] W. Song, G Li ,. V. H. Grassian, S. C. Larsen, Envíron. Sci. Technol. 39 (2005) 1214.
[48] N. Taufiqurrahmi, A. Rahman Mohamed, S. Bhatia. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 17 (201 1) 012030. Conference on Advanced Materials and Nanotechnology (CAMAN 2009), 3-5 November 2009, Kuala Lumpur, Malaysia.  [48] N. Taufiqurrahmi, A. Rahman Mohamed, S. Bhatia. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 17 (201 1) 012030. Conference on Advanced Materials and Nanotechnology (CAMAN 2009), 3-5 November 2009, Kuala Lumpur, Malaysia.
[49] B-Z. Zhan, M. A. White, K. N. Robertson, T. S. Cameron, M. Gharghouri, Chem.  [49] B-Z. Zhan, M. A. White, K. N. Robertson, T. S. Cameron, M. Gharghouri, Chem.
Commun., 37 (2001 ) 1 176-1 177. [50] S. Sang, Z. Liu, P. Tian, Z. Liu, L. Qu , Ύ. Zhang. Mater. Lett. 60 (2006) 1131- 133. Commun., 37 (2001) 1 176-1 177. [50] S. Sang, Z. Liu, P. Tian, Z. Liu, L. Qu, Ύ. Zhang Mater. Lett. 60 (2006) 1131-133.
[51] W. Bo, M. Hongzhu. Micropor. Mesopor. Mater. 25 (1998) 131-136.  [51] W. Bo, M. Hongzhu. Micropor. Mesopor. Mater. 25 (1998) 131-136.
[52] Patente RU 2362623 (2005).  [52] Patent RU 2362623 (2005).
[53] Patente US6.762, 143 (2004). [53] US Patent 6,762, 143 (2004).
[54] Patente US 4,468,475 (1984).  [54] US Patent 4,468,475 (1984).
[55] J.N. Mialea, N.Y. Chen, P.B. Weisza, J. Catal. 6 (1966) 278-287.  [55] J.N. Mialea, N.Y. Chen, P.B. Weisza, J. Catal. 6 (1966) 278-287.
[56] C. D. Chang, S. D. Hellring, J. N. Miale, K. D. Schmitt, P. W. Brigandi, E. L. Wu.  [56] C. D. Chang, S. D. Hellring, J. N. Miale, K. D. Schmitt, P. W. Brigandi, E. L. Wu.
J. Chem. Soc, Faraday Trans. 81 (1985) 2215-2224.  J. Chem. Soc, Faraday Trans. 81 (1985) 2215-2224.
[57] F. Roelofs, W. Vogelsberger. J. Coll. Interf. Sci. 303 (2006) 450^159. [57] F. Roelofs, W. Vogelsberger. J. Coll. Interf. Sci. 303 (2006) 450 ^ 159.
[58] Patente US 5,500,109 (1996).  [58] US Patent 5,500,109 (1996).
[59] G. Sun, Y. Liu, J. Yang, J. Wang, J. Porous Mater. 18(2011) 465-473.  [59] G. Sun, Y. Liu, J. Yang, J. Wang, J. Porous Mater. 18 (2011) 465-473.
[60] Patente US 4,164,551 (1979).  [60] US Patent 4,164,551 (1979).
[61] Patente US 6,416,732 (2002).  [61] US Patent 6,416,732 (2002).
[62] Breck D.W. Zeolite Molecular Sieves, Wiley, New York, 1974 [62] Breck D.W. Molecular Zeolite Sieves, Wiley, New York, 1974
[63] Patente US 3,516,786 (1970).  [63] US Patent 3,516,786 (1970).
[64] D.M. Ginter, A.T. Bell, C.J. Radke. Zeolites 12 (1992) 742-749.  [64] D.M. Ginter, A.T. Bell, C.J. Radke Zeolites 12 (1992) 742-749.
[65] C. S. Cundy, P. A. Cox. Micropor. Mesopor. Mater. 82 (2005) 1-78.  [65] C. S. Cundy, P. A. Cox. Micropor. Mesopor. Mater. 82 (2005) 1-78.
[66] Patente GB 1 ,337,752 (1970).  [66] GB 1, 337,752 (1970).

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES NEWS OF THE INVENTION CLAIMS
1. - Un proceso hidrotérmico para la producción de un material compuesto de aluminosilicato que contiene alúmina y zeolita, caracterizado porque comprende las siguientes etapas: 1. - A hydrothermal process for the production of an aluminosilicate composite material containing alumina and zeolite, characterized in that it comprises the following stages:
a) Preparar una solución de aluminosilicato (sol), mediante la adición lenta de una solución de aluminato a una solución de silicato a) Prepare an aluminosilicate solution (sol), by slowly adding an aluminate solution to a silicate solution
b) Agitar vigorosamente la solución de aluminosilicato obtenida en la etapa anterior para obtener una sol transparente. b) Vigorously shake the aluminosilicate solution obtained in the previous stage to obtain a transparent solution.
c) Detener agitación y almacenar sin agitación c) Stop stirring and store without stirring
d) Gelificar la solución mediante la adición lenta de una solución acida acuosa e) Agitar vigorosamente el gel resultante de la etapa d) d) Gel the solution by slowly adding an aqueous acid solution e) Vigorously shake the gel resulting from step d)
f) Preparar la mezcla reactante para la síntesis del material compuesto, mezclando el gel de la etapa d) y sometido a agitación en la etapa e) con polvo de γ- f) Prepare the reactant mixture for the synthesis of the composite material, mixing the gel from stage d) and subjected to stirring in stage e) with γ-powder.
Al203 en agitación vigorosa. At 2 0 3 with vigorous stirring.
g) Mantener a una temperatura de 18 °C a 25 °C la mezcla obtenida en f). g) Maintain the mixture obtained in f) at a temperature of 18 °C to 25 °C.
h) Calentar la mezcla resultante de g) y mantener temperatura, h) Heat the mixture resulting from g) and maintain temperature,
i) Suspender la mezcla en agua destilada, i) Suspend the mixture in distilled water,
j) Separar la fase sólida por filtración j) Separate the solid phase by filtration
k) Lavar y secar el filtrado k) Wash and dry the filtrate
I) El producto resultante, un material compuesto en forma de polvo, contiene una mezcla de zeolita Y, y γ-ΑΙ203. I) The resulting product, a composite material in powder form, contains a mixture of zeolite Y, and γ-ΑΙ 2 0 3 .
2. - El proceso hidrotérmico para la producción de un material compuesto de aluminosilicato que contiene alúmina y zeolita de conformidad con la reivindicación 1 caracterizado además porque la solución de aluminato contiene cristales de hidrato de sulfato de aluminio AI2(S04)3- 16 H20, H20 destilada, y de NaOH. 2. - The hydrothermal process for the production of an aluminosilicate composite material containing alumina and zeolite according to claim 1 further characterized in that the aluminate solution contains aluminum sulfate hydrate crystals AI 2 (S0 4 ) 3 - 16 H 2 0, distilled H 2 0, and NaOH.
3.- El proceso hidrotérmico para la producción de un material compuesto de aluminosilicato que contiene alúmina y zeolita de conformidad con la reivindicación 1 caracterizado además porque la solución de silicato contiene solución coloidal de óxido de silicio y NaOH. 3.- The hydrothermal process for the production of an aluminosilicate composite material containing alumina and zeolite according to claim 1 further characterized in that the silicate solution contains colloidal solution of silicon oxide and NaOH.
4 - El proceso hidrotérmico para la producción de un material compuesto de aluminosilicato que contiene alúmina y zeolita de conformidad con la reivindicación 1 caracterizado además porque la alúmina puede estar en forma poco soluble, seleccionada del grupo que consiste de gamma, kappa, etc. 4 - The hydrothermal process for the production of an aluminosilicate composite material containing alumina and zeolite according to claim 1 further characterized in that the alumina can be in a poorly soluble form, selected from the group consisting of gamma, kappa, etc.
5. - El proceso hidrotérmico para la producción de un material compuesto de aluminosilicato que contiene alúmina y zeolita de conformidad con la reivindicación 4 caracterizado además porque la alúmina es preferiblemente gamma-alúmina. 5. - The hydrothermal process for the production of an aluminosilicate composite material containing alumina and zeolite according to claim 4 further characterized in that the alumina is preferably gamma-alumina.
6. - El proceso hidrotérmico para la producción de un material compuesto de aluminosilicato que contiene alúmina y zeolita de conformidad con la reivindicación 1 caracterizado además porque la solución de aluminosilicato obtenida en la etapa a) se expresa por la relación de óxidos 15 17 Na20/15 17 Si02/1 AI2O3/200 300 H20. 6. - The hydrothermal process for the production of an aluminosilicate composite material containing alumina and zeolite in accordance with claim 1 further characterized in that the aluminosilicate solution obtained in step a) is expressed by the ratio of oxides 15 17 Na 2 0/15 17 Si0 2 /1 AI 2 O 3 /200 300 H 2 0.
7 - El proceso hidrotérmico para la producción de un material compuesto de aluminosilicato que contiene alúmina y zeolita de conformidad con la reivindicación 1 caracterizado además porque la solución de aluminosilicato en la etapa c) se almacena para lograr su envejecimiento durante un lapso de hasta 30 días. 7 - The hydrothermal process for the production of an aluminosilicate composite material containing alumina and zeolite according to claim 1 further characterized in that the aluminosilicate solution in step c) is stored to achieve aging for a period of up to 30 days. .
8.- El proceso hidrotérmico para la producción de un material compuesto de aluminosilicato que contiene alúmina y zeolita de conformidad con la reivindicación 7 caracterizado además porque la solución de aluminosilicato en la etapa c) se almacena para lograr su envejecimiento durante un lapso preferiblemente de preferentemente de 5 a 8 días 8.- The hydrothermal process for the production of an aluminosilicate composite material containing alumina and zeolite according to claim 7 further characterized in that the aluminosilicate solution in step c) is stored to achieve aging for a period of preferably 5 to 8 days
9. - El proceso hidrotérmico para la producción de un material compuesto de aluminosilicato que contiene alúmina y zeolita de conformidad con la reivindicación 1 caracterizado además porque la solución acida acuosa utilizada para gelificar la solución de aluminosilicato en la etapa d) es preferiblemente solución acida acuosa de H2S04. 9. - The hydrothermal process for the production of an aluminosilicate composite material containing alumina and zeolite according to claim 1 further characterized in that the aqueous acid solution used to gel the aluminosilicate solution in step d) is preferably aqueous acid solution of H 2 S0 4 .
10. - El proceso hidrotérmico para la producción de un material compuesto de aluminosilicato que contiene alúmina y zeolita de conformidad con la reivindicación 1 ó 9 caracterizado además porque la solución de aluminosilicato gelificada de la etapa d) tiene una relación de los componentes de 7-9 Na20/15-17 Si02/1 Al203 /400-500 H2O/10-12 Na2S04. 10. - The hydrothermal process for the production of an aluminosilicate composite material containing alumina and zeolite according to claim 1 or 9 further characterized in that the gelled aluminosilicate solution of step d) has a component ratio of 7- 9 Na 2 0/15-17 Si0 2 /1 Al 2 0 3 /400-500 H 2 O/10-12 Na 2 S0 4 .
11.- El proceso hidrotérmico para la producción de un material compuesto de aluminosilicato que contiene alúmina y zeolita de conformidad con la reivindicación 1 caracterizado además porque calentar la solución en la etapa h) se lleva a cabo a temperaturas de 60 °C a 90 °C; en un intervalo de tiempo de 6 a 48 horas. 11.- The hydrothermal process for the production of an aluminosilicate composite material containing alumina and zeolite according to claim 1 further characterized in that heating the solution in step h) is carried out at temperatures of 60 °C to 90 ° C; in a time interval of 6 to 48 hours.
12.- El proceso hidrotérmico para la producción de un material compuesto de aluminosilicato que contiene alúmina y zeolita de conformidad con la reivindicación 1 caracterizado además porque calentar la solución en la etapa h) se lleva a cabo en un intervalo de tiempo preferiblemente de 7 a 10 horas. 12.- The hydrothermal process for the production of an aluminosilicate composite material containing alumina and zeolite according to claim 1 further characterized in that heating the solution in step h) is carried out in a time interval preferably from 7 to 10 hours.
13.- El proceso hidrotérmico para la producción de un material compuesto de aluminosilicato que contiene alúmina y zeolita de conformidad con la reivindicación 1 caracterizado además porque en la etapa k) el filtrado se seca a temperaturas entre 110-130 °C y, si es necesario, se calcina a temperaturas entre 350 - 550 °C. 13.- The hydrothermal process for the production of an aluminosilicate composite material containing alumina and zeolite in accordance with claim 1 further characterized in that in step k) the filtrate is dried at temperatures between 110-130 °C and, if necessary, it is calcined at temperatures between 350 - 550 °C.
14.- El proceso hidrotérmico para la producción de un material compuesto de aluminosilicato que contiene alúmina y zeolita de conformidad con la reivindicación 1 caracterizado además porque permite obtener uniformidad de la distribución de las fases de zeolita y de alúmina, así como cristales de zeolita de tamaño nanométrico; y favorece a la "coalescencia" entre la zeolita y la fase de alúmina. 14.- The hydrothermal process for the production of an aluminosilicate composite material containing alumina and zeolite according to claim 1, further characterized in that it allows obtaining uniformity of the distribution of the zeolite and alumina phases, as well as zeolite crystals of nanometer size; and favors the "coalescence" between the zeolite and the alumina phase.
PCT/MX2015/000034 2014-02-18 2015-03-18 Method for obtaining a composite aluminosilicate material containing alumina and nanozeolite WO2015126236A1 (en)

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