Evaluación de la actividad catalítica en reacciones de química fina de zeolita tipo Y obtenida a partir de caolinita ferruginosa proveniente de residuos mineros de La Unión - Antioquia

Abstract

La investigación se centró en explorar el potencial catalítico de las zeolitas Y jerárquicas obtenidas a partir de caolinita ferruginosa proveniente de residuos mineros en La Unión, Antioquia. La hipótesis inicial planteó que esta caolinita podría ser un precursor idóneo para la síntesis de zeolita Y, la cual, tras su jerarquización, podría emplearse como catalizador en la transformación de terpenos. Los objetivos del estudio abarcaron la identificación del potencial de la caolinita como fuente de silicio y aluminio, la determinación de la ruta de síntesis de zeolita Y y su jerarquización, así como la evaluación de las propiedades fisicoquímicas y la actividad catalítica de las zeolitas obtenidas. La caolinita ferruginosa fue identificada como un precursor potencial debido a su composición química y disponibilidad en la región. Los resultados de la caracterización de las muestras de caolín revelaron que tanto la muestra M1+200 y M2+200, tenían un grado de ordenamiento parcial y se identificaron diferencias de 0.18% en la composición de hierro, optándose por la muestra M2+200 con un contenido de hierro de 0.69% para la síntesis de zeolita Y debido a su potencial actividad catalítica. Durante la calcinación de la caolinita, se observó la formación de una fase metaestable, sugiriendo la presencia de una fase amorfa reactiva. La temperatura y el tiempo de envejecimiento fueron determinados como factores clave para obtener zeolitas con alta cristalinidad y tamaño de cristalito. La síntesis optimizada de la zeolita Y incluyó agitación a 60 rpm, envejecimiento de 24 h y tratamiento hidrotérmico de 12 h a 110 °C, lo que resultó en una cristalinidad del 54% y un tamaño de cristalito de 321 Å. Sin embargo, se detectó la formación de fases secundarias como cuarzo y zeolita P, lo que indica que la síntesis no fue completamente selectiva. En la evaluación catalítica, la zeolita NaY mostró un rendimiento destacado en la epoxidación de α-pineno, alcanzando una conversión del 67% y una selectividad del 92%. La isomerización del epóxido a aldehído canfolénico logró una conversión del 100% con una selectividad del 81%. Además, la muestra M2+200 demostró un potencial catalítico en la isomerización de α-pineno, con una conversión del 32% y selectividad del 46% hacia canfeno. (Tomado de la fuente)

The research focused on exploring the catalytic potential of hierarchical Y zeolites obtained from ferruginous kaolinite derived from mining waste in La Unión, Antioquia. The initial hypothesis suggested that this kaolinite could serve as a suitable precursor for synthesizing Y zeolite, which, after hierarchical structuring, could be employed as a catalyst in terpene transformation. The study objectives included identifying the potential of kaolinite as a source of silicon and aluminum, determining the synthesis route for Y zeolite and its hierarchical structuring, as well as evaluating the physicochemical properties and catalytic activity of the obtained zeolites. Ferruginous kaolinite was identified as a potential precursor due to its chemical composition and regional availability. Characterization results of the kaolin samples revealed that both M1+200 and M2+200 samples exhibited a partial degree of ordering, with differences of 0.18% in iron content. The M2+200 sample, with an iron content of 0.69%, was selected for Y zeolite synthesis due to its potential catalytic activity. During the calcination of kaolinite, the formation of a metastable phase was observed, suggesting the presence of a reactive amorphous phase. Temperature and aging time were identified as key factors for obtaining zeolites with high crystallinity and crystal size. The optimized synthesis of Y zeolite included stirring at 60 rpm, aging for 24 hours, and hydrothermal treatment for 12 hours at 110 °C, resulting in 54% crystallinity and a crystal size of 321 Å. However, the formation of secondary phases such as quartz and P zeolite was detected, indicating that the synthesis was not entirely selective. In the catalytic evaluation, NaY zeolite exhibited outstanding performance in the epoxidation of α-pinene, achieving a 67% conversion and 92% selectivity. The isomerization of the epoxide to campholenic aldehyde achieved 100% conversion with 81% selectivity. Additionally, the M2+200 sample demonstrated catalytic potential in the isomerization of α-pinene, achieving a 32% conversion and 46% selectivity towards camphene.