Nanomateriales multifuncionales mesoporos del tipo sba-15 y mcm-41 aplicados a procesos de química fina

Resumen

El gran reto al que se enfrenta la química y las industrias relacionadas en el siglo XXI es la transición a una química más verde, con procesos de fabricación más sostenibles que utilicen eficientemente las materias primas, eliminen residuos y eviten usar materiales tóxicos y peligrosos [1-2]. Se requiere, por tanto, un cambio del concepto tradicional de eficiencia de un proceso, centrado en el rendimiento químico, a otro que asigne valor económico a la sustitución de recursos fósiles por materias primas renovables, eliminando residuos y evitando el uso de sustancias tóxicas y/o peligrosas [3]. En un contexto relacionado, la inmovilización de especies catalíticas sobre nanomateriales silíceos del tipo SBA-15 y MCM-41 (NPs) ha recibido una considerable atención y está experimentando actualmente un desarrollo exponencial [4]. Esto es debido a la fácil preparación y funcionalización de dichos materiales, buena estabilidad, una relación superficie-volumen alta (actividad catalítica alta) y un proceso de recuperación eficiente [5]. La utilización de NPs no solo ofrece una actividad catalítica y selectividad alta como beneficio de su tamaño "nano", además cumple con la ventaja concerniente a una fácil separación del catalizador [6]. En esta Memoria de Tesis Doctoral, se expone el potencial que presentan los materiales mesoporosos en el ámbito de catálisis heterogénea, permitiendo ser funcionalizados por síntesis directa o mediante procesos post-sintéticos. La funcionalización de los materiales mesoporosos ha permitido el uso de éstos como catalizadores en diferentes reacciones químicas de interés industrial. Los nanocatalizadores magnéticos obtenidos mediante procesos de flujo continuo y molienda mecanoquímica, han demostrado una elevada actividad catalítica y estabilidad química, destacando su capacidad de separación/reusabilidad en las reacciones de oxidación estudiadas a lo largo de la Memoria de esta Tesis Doctoral. Por último, se han sintetizado materiales mesoporosos en los cuales se han introducido especies de aluminio estructural (Al tetraédrico) en los silicatos SBA-15 y MCM-41 con contenidos de Al muy bajos, siendo la primera vez que se publica dicha incorporación de tipo post-sintético mediante el procedimiento mecanoquímico. Se han desarrollado una serie de materiales multifuncionales mediante la deposición de nanopartículas metálicas sobre silicatos mesoporosos del tipo SBA 15 y MCM-41, gracias a procesos simples y reproducibles como son el flujo continuo y la molienda mecanoquímica, demostrándose numerosas ventajas respecto a procedimientos tradicionales de impregnación química hasta humedad incipiente. Los nanomateriales sintetizados, poseen propiedades estructurales y texturales que los hacen idóneos para su utilización como catalizadores, mostrando resultados prometedores en las reacciones de oxidación selectiva del isoeugenol, alcohol vainillínico, alcohol bencílico y difenil sulfuro. [1] Clark, J.H. Green chemistry: Today (and tomorrow). Green Chem. 2006, 8, 17. [2] Anastas, P.T.; Warner, J.C. Green Chemistry: Theory and Practice. Oxford Univ. Press. New York. 1998. [3] Sheldon, R.A. Engineering a More Sustainable World Through Catalysis and Green Chemistry. R. Soc. 2016, 1, 1. [4] Polshettiwar, V.; Varma, R.S. Green chemistry by nano-catalysis. Green Chem. 2010, 12, 743–754. [5] Huang, L.; Kruk, M. Versatile surfactant/swelling-agent template for synthesis of large-pore ordered mesoporous silicas and related hollow nanoparticles. Chem. Mater. 2015, 27, 679–689. [6] Liu, B.; Xu, D.; Lv, H. Encapsulation of Metal Nanoparticle Catalysts Within Mesoporous Zeolites and Their Enhanced Catalytic Performances: A Review. Front. Chem. 2018, 6, 550.