Influence of rare earths on the properties and catalytic activity of the Y

Zeólitas tipo Y contendo terras raras, RE,Ca/NaY (RE = La, Ce, Nd, Eu, Gd), foram preparadas a partir da forma NaY (razão Si/Al = 2,4 ) por trocas iônicas sucessivas com soluções de cloreto de cálcio e cloreto de terras raras, -através de refluxo; e subseqüente filtragem a vácuo, secagem e tratamento térmico sob fluxo de nitrogênio. Após o tratamento térmico, os Íons aquosos trivalentes de terras raras sofrem hidrólise, formando hidroxilas catiônicas do tipo [RE. OH]2+ e prótons H+, tornando-se localizados nas cavidades e canais da zeólita. O próton reage com o oxigênio da rede cristalina, originando centros ácidos muito fortes. O tipo específico de terra rara trocado ionicamente influencia a acidez total, força e distribuição dos sítios ativos na zeólita. As composições químicas das celas unitárias das amostras foram determinadas por espectrometria de emissão atômica por plasma de argônio induzido (ICP-AES). A cristalinidade, após troca iônica e tratamento térmico, foi confirmada por espectroscopia na região do infravermelho (FT-IR) e difração de raios-X. A microssimetria do íon európio na zeólita Eu,Ca/NaY foi investigada por espectroscopia eletrônica de emissão na região do visível, sob excitação de radiação ultravioleta (396 nm). As propriedades ácidas das amostras RE, Ca/NaY foram estudadas por termogravimetria (TG) e calorimetria exploratória diferencial (DSC), usando n-butilamina como molécula sonda. Por TG, foi investigada a acidez total das amostras; enquanto que por DSC, utilizando o modelo cinético de Borchardt & Daniels, foi investigada a força ácida relativa das amostras. A presença dos centros ácidos de Brönsted e Lewis foi determinada por espectroscopia na região do infravermelho (1700-1300 cm-1) , usando piridina como molécula sonda. A atividade catalítica e seletividade das amostras foram avaliadas na reação química modelo de alquilação de benzeno com a olefina linear 1-dodeceno para formação de alquilbenzeno linear. A reação foi estudada na fase líquida, em um microrreator de batelada, à temperatura de 80°C. 0s produtos monoalquilados e os isômeros lineares de 1-dodeceno foram determinados por cromatografia em fase gasosa e espectrometria de massa (GC-MS).The Y zeolites containing calcium and rare earth polivalent cations, RE,Ca/NaY (RE = La, Ce, Nd, Eu, Gd), were prepared by ion exchange, refluxing the NaY zeolite (Si/Al = 2,4) with calcium chloride and rare earth chloride solutions, followed by thermal treatment under nitrogen flow. The trivalent hydrated rare earth ions undergo hydrolysis, forming [RE.OH]2+ cation hydroxyls and protons H+, which react with oxygen in the lattice, generating strong acid sites. The rare earth elements influence the total acidity, strength and distribution of the active sites in the zeolite. The unit cell chemical compositions of the samples were determined by Inductively Coupled Plasma / Atomic Emission spectroscopy (ICP/AES). The crystallinity was confirmed by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR) and X-ray diffraction. The europium microsimetry in the Eu,Ca/NaY zeolite was investigated by emission electronic spectroscopy in the visible region, under ultra-violet excitation (396 nm). The acid properties of the RE,Ca/NaY samples were studied by Thermogravimetry (TG) and Differential Scanning Calorimetry (DSC), using n-butilamine as molecular probe. From TG curves, the total acidity was calculated, whereas the relative acid strength was determinated by DSC curves, using the Borchardt-Daniels kinetic model. The nature of Brönsted and Lewis acid sites was investigated by FT-IR, in the 1700 - 1300 cm-1 region, using pyridine as molecular probe. The catalytic activity and selectivity of the samples were evaluated on the alkylation of benzene with 1-dodecene model reaction, to form linear alkylbenzenes, in liquid phase, at 80°C using a bath reactor. The reactant conversion, extent of isomerization and product distribution were monitored by Gas Chromatography and Mass Spectrometry techniques (GC-MS)