Inoculação de cobalto em sílica mesoporosa do tipo MCM-41.
Resumo
A síntese de materiais mesoporosos do tipo MCM-41 tem provocado grandes
interesses para vários grupos de pesquisas, pelo simples fato destas estruturas
mesoporosas possuírem poros regulares altamente ordenados e área superficial
elevada. Assim, por estes materiais apresentarem estas características bastante
acentuadas são utilizados como catalisadores e adsorventes em diversos processos
químicos. As propriedades texturais (porosidade, área superficial, etc.) destes
materiais, durante o processo de síntese, podem ser variadas permitindo assim a
confecção de catalisadores e adsorventes sob medida. Quando são aplicados como
suportes de metais cataliticamente ativos a interação do metal com o suporte
influencia significativamente nas propriedades catalíticas dessas estruturas
mesoporosas. Neste trabalho estuda-se a inoculação de um precursor de cobalto
(Co(NO3)2×6H2O), em sílica mesoporosa obtida através da desboronização de
borossilicatos análogos a MCM-41. O processo de desboronização destas estruturas
mesoporosas permite o aumento da quantidade dos grupos silanóis na superfície da
sílica mesoporosa, possibilitando assim a formação de catalisadores com uma maior
interação entre o suporte e a espécie metálica.
A caracterização dos borossilicatos sintetizados e desboronizados, como
também os suportes mesoporosos após o processo de inoculação do cobalto,
detectados a partir das técnicas de difração de raios-X (DRX), de espectroscopia no
infravermelho (IV) e de redução à temperatura programada (TPR) mostraram que a
incorporação de boro na estrutura é favorecida na presença de acetona. Por outro
lado, foi possível observar que o aumento da concentração de etanol na estrutura
silica resulta, durante a síntese dos borossilicatos, na precipitação de boratos; isto é,este processo pode inibir a formação da estrutura mesoporosa da MCM-41. Além
disso, constatou-se que o tipo das espécies metálicas formadas dependem mais das
propriedades superficiais da sílica precursora, do que das propriedades estruturais e
texturais. No processo de Inoculação de nitrato de cobalto em silicato mesoporoso
com alta hidrofilicidade constatou-se, após a calcinação em 550 °C por 5 h, que
quantidades bastante significativas de nitrato não foram transformadas em óxido de
cobalto. Neste caso o TPR mostrou que grande parte do cobalto está possivelmente
como nitrato não decomposto, presente fora da estrutura mesoporosa. Em relação
ao nitrato de cobalto inoculado em silicato mesoporoso de baixa hidrofilicidade o
TPR em combinação com a espectroscopia no IV revela que depois da calcinação
em 550 °C o cobalto está presente como tetraóxido de tricobalto na superfície dos
mesoporos. Em todos os casos também se observou espécies de cobalto com forte
interação com os grupos silanois e silanolatos na superfície dos mesoporos,
especialmente quando o cobalto foi inoculado em sílica altamente hidrofílica,
preparada pela desboronização de borossilicato com alto teor de boro incorporado
na estrutura, verificou-se um grande número de diversas espécies de cobalto
coordenado à superfície da sílica. Com isso, por haver uma forte interação do
cobalto com a superfície do suporte mesoporoso, os resultados desse estudo podem
dar indicações para preparação de catalisadores sob medida para os mais diversos
processos técnicos; tais como: em processos de redução de NOx ou de oxidação de
hidrocarbonetos; ou ainda em processos Fischer-Tropsch na qual os óxidos de
cobalto precipitados na superfície dos mesoporos são precursores para
catalisadores ativos.
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