Inoculação de cobalto em sílica mesoporosa do tipo MCM-41. - Pereira, Eduardo Vargas (2013)
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.