Propiedades ácidas de los materiales Sn-SBA-15 y Sn-SBA-15-PrSO3H y su efecto en la esterificación del ácido oleico

Abstract

In this work, a synthesis route for Sn-SBA-15 acid materials functionalized with –PrSO3H groups was developed. The synthesis of heterogeneous Sn-SBA-15 catalysts, modified with –PrSO3H groups, was performed by the sol-gel method, which allowed generating both Brönsted and Lewis acid sites on the catalyst surface, which are necessary to carry out the conversion of free fatty acids to esters. The physicochemical properties of the resulting catalysts were also analyzed in detail: crystalline structure, thermal stability, chemical composition, hydrophobicity, morphology, Sn state and in particular its acidic properties and the relationship that these have with their catalytic activity in the esterification reaction of oleic acid with methanol. The synthesis method proposed in this thesis allowed the incorporation of Sn+4 into the structure of the SBA-15 material, which is carried out by means of the replacement of Sn4+ ions by Si+4, or by the generation of polymeric SnO2 nanoparticles in octahedral coordination, on the surface of the material and in the crown region. The incorporation of –PrSO3H groups to the Sn-SBA-15 catalyst increases the concentration of Brönsted acid sites (and to a lesser extent Lewis) generating catalysts with improved hydrophobic properties and capable of accelerating the esterification reaction of oleic acid with methanol, achieving conversions that reach 96% at 100 ° C. Finally, it was found that there is a good correlation of the catalytic activity with the concentration of Brönsted acid sites in the catalyst for the reaction of esterification of oleic acid with methanol.

En este trabajo se desarrolló una ruta de síntesis para materiales ácidos Sn-SBA-15 funcionalizados con grupos –PrSO3H. La síntesis de los catalizadores heterogéneos Sn-SBA-15, modificados con grupos –PrSO3H, se realizó por el método de sol-gel, lo cual permitió generar sitios ácidos tanto Brönsted como Lewis en la superficie del catalizador, los cuales son necesarios para llevar a cabo la conversión de ácidos grasos libres a ésteres. Las propiedades fisicoquímicas de los catalizadores resultantes también se analizaron con detalle: estructura cristalina, estabilidad térmica, composición química, hidrofobicidad, morfología, estado del Sn y en particular sus propiedades ácidas y la relación que estas tienen con su actividad catalítica en la reacción de esterificación de ácido oleico con metanol. El método de síntesis propuesto en esta tesis permitió la incorporación de Sn+4 en la estructura del material SBA-15 el cual se efectúa por medio de la sustitución de iones Sn+4 por Si+4, o bien, por la generación de nanopartículas de SnO2 polimérico en coordinación octaédrica, en la superficie del material y en la región de corona. La incorporación de grupos –PrSO3H al catalizador Sn-SBA-15, incrementa la concentración de sitios ácidos de Brönsted (y en menor proporción de Lewis) generando catalizadores con propiedades hidrofóbicas mejoradas y capaz de acelerar la reacción de esterificación de ácido oleico con metanol, logrando conversiones que alcanzan 96 % a 100° C. Finalmente se comprobó que existe una buena correlación de la actividad catalítica con la concentración de sitios ácidos de Brönsted en el catalizador para la reacción de esterificación de ácido oleico con metanol.