Material Zeolítico Congreso 2015 Ingeniería Quimica


Comparación entre material zeolítico obtenido a partir de un catalizador FCC agotado y una zeolita sintetizada en laboratorio


Garate Rocio, Galarza Aldana, Mendez Carla.

Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ingeniería y Ciencias Agropecuarias. Villa Mercedes. Argentina


Palabras Claves: Materiales zeolíticos, catalizador FCC agotado, difracción de rayos X, espectroscopia FT-IR.Resumen

Se realiza la comparación de una zeolita sintetizada en el laboratorio y un material zeolítico obtenido a partir de un catalizador de FCC agotado procedente de una unidad de craqueo, para posteriormente ser usadas en procesos de purificación de aguas. Las muestras de zeolita obtenida a partir de un catalizador de FCC agotado y zeolita pura fueron analizadas por difracción de rayos X (XRD)con el objetivo de caracterizar las fases cristalinas de cada una de ella. Para determinar los grupos funcionales presentes en el sólido obtenido a partir del catalizador y posteriormente realizar la comparación con una zeolita A pura se empleó espectrometría infrarroja por transformada de Fourier. Debido a los resultados de estos análisis fue posible determinar que el material zeolítico obtenidoa partir del catalizador de FCC tiene propiedades muy similares lo que posibilita que su uso sea posible en lugar de una zeolita pura.


Introducción

Las zeolitas forman parte de un grupo de aluminosilicatos cristalinos, que está dentro de la familia de los materiales microporosos. Están caracterizadas por tener estructuras cristalinas de tamaño de poro uniforme, gran área superficial y cationesintercambiables.
Estos minerales fueron descubiertos por Crönsted [1], hace 258 años, quien utilizó para denominarlos la conjunción de dos palabras griegas: zein – “hirviendo”, lithos – “piedra”, o sea “piedras que hierven”, con lo que se describía el desprendimiento de agua producido cuando se calentaba una zeolita natural.
En las zeolitas existe una distribución de iones en el espacio unidosentre sí por medio de átomos de oxígeno. El centro del tetraedro está compuesto por estos iones y de su carga depende la carga resultante de la red cristalina. Debido a que los iones son Si+4 y Al+3, la carga electrónica de la red será más negativa a medida que haya más Al+3 en los sitios tetraédricos. [2]
Las aplicaciones de las zeolitas están en función a sus características físico-químicas, talescomo su capacidad de intercambio iónico, adsorción y catálisis. Este material es de gran interés económico dado a que sus propiedades la tornan aplicable a la industria: de alimentos, de materiales energéticos; agricultura, construcción, tratamiento de efluentes, purificación y separación de gases.
La estructura de la zeolita A está formada por átomos de oxígeno, silicio y aluminio. En su formasódica esta zeolita puede ser representada por [3],

Na12[(AlO2)12(SiO2)12] : 27H2O


Pertenece al sistema cúbico siendo el valor de su parámetro de celda igual a 24,60 Å cuando está hidratada. Su estructura cristalina puede describirse a través de la unión de tres poliedros diferentes:
-un cubo simple
-un cubo octaedro truncado denominado caja sodalita o caja β.
-y un poliedro de 26 carasdenominado supercaja α.
Al presentarse el aluminio en coordinación tetraédrica, aparece una carga negativa en el retículo cristalino que se compensa con los iones sodio, o sea existe un catión monovalente por cada átomo de aluminio presente en la red. [2]
Los catalizadores FCC están compuestos por zeolita sintética (ca. 15 a 50 %p/p), una matriz aluminosilícea (ca. 5%p/p), aglutinante (ca. 20 %p/p,por lo general Ludox) y caolín (ca. 60 a 25 %p/p). La zeolita presente en los catalizadores de FCC corresponde al tipo Y (grupo FAU), por lo general completamente intercambiada con hidrógeno (USY).
Este catalizador agotado también contiene cantidades muy pequeñas de metales pesados que se incorporan durante el proceso. Sin embargo, los porcentajes de sílice y alúmina son cercanos al 100%, por lo...