Estudios Cinéticos y Espectroscópicos de la Deshidratación de Metanol Promovida por Éster Metílico a Éter Dimetílico en la Zeolita ZSM-5
Autores: Yang, Zhiqiang; Dennis-Smither, Benjamin J.; Xu, Zhuoran; Zhao, Zhenchao; Guo, Meiling; Sainty, Neil; Hou, Guangjin; Liu, Xuebin; Sunley, Glenn J.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Estudios Cinéticos y Espectroscópicos de la Deshidratación de Metanol Promovida por Éster Metílico a Éter Dimetílico en la Zeolita ZSM-5
Categoría
Ciencias Naturales y Subdisciplinas
Subcategoría
Química
Palabras clave
ésteres de carboxilato de metilo
Deshidratación de metanol
éter dimetílico
Catalizadores de zeolita
Estudios cinéticos
Espectroscopia de RMN
Licencia
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Citaciones: Sin citaciones
Se ha demostrado que los ésteres de carboxilato de metilo son potentes promotores de la deshidratación de metanol a dimetil éter (DME) a baja temperatura utilizando varios catalizadores de zeolita. En el presente trabajo, se utilizaron estudios cinéticos catalíticos, espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FT-IR) y técnicas de espectroscopia de resonancia magnética nuclear en estado sólido (NMR) para elucidar el mecanismo promocional de los ésteres de carboxilato de metilo en la deshidratación de metanol a DME, utilizando la zeolita de poro medio H-ZSM-5 (MFI) como catalizador. Se realizaron estudios cinéticos utilizando el potente promotor metil-hexanoato. El rendimiento de DME dependió de las presiones parciales de metanol y metil-hexanoato en los rangos de temperatura utilizados en este estudio (110 a 130 grados C). Esto es consistente con que la reacción promovida es una reacción bimolecular entre metanol y especies de éster adsorbidas en los sitios activos del catalizador, a través de una reacción tipo S2, como se postuló anteriormente. Los estudios de FT-IR revelan que los sitios ácidos de Brønsted (BA) en H-ZSM-5 fueron rápidamente titulados por la adsorción del grupo carbonilo del éster y se unieron más fuertemente con los ésteres que con el metanol. Al añadir metanol, se observó una temperatura de formación de DME aún más baja (30 grados C) con muestras de H-ZSM-5 pretratadas con metil-hexanoato en los estudios de NMR, confirmando aún más la fuerte promoción de este éster de metilo en la deshidratación de metanol a DME. La adsorción y reactividad de diferentes ésteres de metilo en H-ZSM-5 indica que, si bien el formiato de metilo se disocia más fácilmente en una especie de metóxido superficial, [Si(OMe)Al], y ácido carboxílico, es un promotor menos potente que los ésteres de metilo que contienen cadenas alquílicas en la deshidratación de metanol a DME, que a su vez no mostraron este comportamiento disociativo en los estudios de NMR a baja temperatura. Esto indica que los carboxilatos de alquilo de metilo no necesitan ser disociados a una especie de metóxido superficial para promover la reacción de deshidratación de metanol y que un mecanismo asociativo bimolecular juega un papel importante en la promoción de la formación de DME.
Descripción
Se ha demostrado que los ésteres de carboxilato de metilo son potentes promotores de la deshidratación de metanol a dimetil éter (DME) a baja temperatura utilizando varios catalizadores de zeolita. En el presente trabajo, se utilizaron estudios cinéticos catalíticos, espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FT-IR) y técnicas de espectroscopia de resonancia magnética nuclear en estado sólido (NMR) para elucidar el mecanismo promocional de los ésteres de carboxilato de metilo en la deshidratación de metanol a DME, utilizando la zeolita de poro medio H-ZSM-5 (MFI) como catalizador. Se realizaron estudios cinéticos utilizando el potente promotor metil-hexanoato. El rendimiento de DME dependió de las presiones parciales de metanol y metil-hexanoato en los rangos de temperatura utilizados en este estudio (110 a 130 grados C). Esto es consistente con que la reacción promovida es una reacción bimolecular entre metanol y especies de éster adsorbidas en los sitios activos del catalizador, a través de una reacción tipo S2, como se postuló anteriormente. Los estudios de FT-IR revelan que los sitios ácidos de Brønsted (BA) en H-ZSM-5 fueron rápidamente titulados por la adsorción del grupo carbonilo del éster y se unieron más fuertemente con los ésteres que con el metanol. Al añadir metanol, se observó una temperatura de formación de DME aún más baja (30 grados C) con muestras de H-ZSM-5 pretratadas con metil-hexanoato en los estudios de NMR, confirmando aún más la fuerte promoción de este éster de metilo en la deshidratación de metanol a DME. La adsorción y reactividad de diferentes ésteres de metilo en H-ZSM-5 indica que, si bien el formiato de metilo se disocia más fácilmente en una especie de metóxido superficial, [Si(OMe)Al], y ácido carboxílico, es un promotor menos potente que los ésteres de metilo que contienen cadenas alquílicas en la deshidratación de metanol a DME, que a su vez no mostraron este comportamiento disociativo en los estudios de NMR a baja temperatura. Esto indica que los carboxilatos de alquilo de metilo no necesitan ser disociados a una especie de metóxido superficial para promover la reacción de deshidratación de metanol y que un mecanismo asociativo bimolecular juega un papel importante en la promoción de la formación de DME.