Síntesis directa de eter dimetílico de syngas. Parte I: preparación de los catalizadores bifuncionales de CuO-ZnO / HZSM-5 por síntesis sucesiva y mezcla física

Abstract

La síntesis directa de dimetiléter a partir de gas de síntesis (CO + H2) requiere de catalizadores bifuncionales tipo CuO-ZnO/HZSM-5, donde el CuO-ZnO realiza la síntesis de metanol dada su función de hidrogenación y la zeolita HZSM-5 realiza la deshidratación de metanol dada su función ácida. En este trabajo se comparan dos métodos de preparación del catalizador bifuncional; por síntesis sucesiva (catalizador con el nombre CuO-ZnO/S-HZSM-5) y por mezcla física (catalizador con el nombre CuO-ZnO/HZSM-5). Para ello, primero se preparó y se caracterizó CuO-ZnO, HZSM-5 y silicalita. En la preparación del catalizador bifuncional CuO-ZnO/S-HZSM-5 se incorporó silicalita (S) para favorecer el crecimiento de cristales con estructura tipo MFI ((Zeolite Socony Mobil - FIVE). Todos los catalizadores fueron caracterizados mediante las técnicas de difracción de rayos X, reducción a temperatura programada y desorción de NH3 a temperatura programada. La cristalinidad de CuO en los catalizadores CuO-ZnO, CuO-ZnO/S-HZSM-5 y CuO-ZnO-HZSM-5 fue de 67%, 49% y 64%, respectivamente. La temperatura máxima de reducción encontrada para el CuO-ZnO/S-HZSM-5 fue de 306°C, que difiere del catalizador bifuncional por mezcla física CuO-ZnO-HZSM-5 que fue de 282°C, este cambio tiene relación con la cristalinidad de CuO, a menor cristalinidad de CuO; mayor su temperatura de reducción. El catalizador CuO-ZnO/S-HZSM-5 presenta una acidez de Brönsted igual a 0,37mol NH3/kg comparable con la acidez de zeolita pura HZSM-5 (0,41mol NH3/kg), mientras el catalizador CuO-ZnO-HZSM-5 tiene una acidez de Brönsted menor, igual a 0,25mol NH3/kg.

The direct synthesis of dimethylether (DME) from synthesis gas (CO + H2) requires bifunctional catalysts type CuO-ZnO/HZSM-5, where the CuO-ZnO performs the synthesis of methanol by its hydrogenation activity and the HZSM-5 zeolite performs the dehydration of methanol by its acid activity. In this work, two methods of preparation of the bifunctional catalyst are compared: by successive synthesis (catalyst name CuO-ZnO/S-HZSM-5) and by physical mixture (catalyst name CuO-ZnO/HZSM-5). For this purpose, CuO-ZnO, HZSM-5 and silicalite were first prepared and characterized. In the preparation of the bifunctional catalyst CuO-ZnO/S-HZSM-5, silicalite (S) was incorporated to favor the growth of crystals with MFI-like structure (Zeolite Socony Mobil - FIVE).. All catalysts were characterized by the technique of X-ray diffraction, reduction at programmed temperature and desorption of NH3 at programmed temperature. The crystallinity of CuO in the CuO-ZnO, CuO-ZnO / S-HZSM-5 and CuO-ZnO-HZSM-5 catalysts was 67%, 49% and 64%, respectively. The maximum reduction temperature found for the CuO-ZnO / S-HZSM-5 was 306 °C, which differs from the bifunctional catalyst by physical mixing CuO-ZnO-HZSM-5 which was 282 °C, this change is related to the crystallinity of CuO, at a lower crystallinity of CuO; higher its reduction temperature. The CuO-ZnO / S-HZSM-5 catalyst has a Brönsted acidity equal to 0.37mol NH3/kg comparable to the acidity of pure zeolite HZSM-5 (0.41mol NH3/kg), while the CuO-ZnO- catalyst HZSM-5 has a lower Brönsted acidity, equal to 0.25mol NH3/kg.