Preparation, characterization and catalytic properties of calcined MgAICr hydrotalcites in ethanol conversion

Materiais do tipo hidrotalcita Mg1-x(Al,Cr)x(OH)2(CO3)x/2yH2O foram sintetizados por coprecipitação a partir de nitratos de magnésio, alumínio e cromo. Os sólidos foram calcinados, caracterizados e testados na conversão de etanol. Na preparação, alumínio foi substituído por cromo na hidrotalcita MgAl nas proporções de 0, 5, 10, 50, 80 e 100% e as frações de cátions trivalentes x foram de 0,20, 0,25 e 0,33. Os materiais mostraram difratogramas de raios-X característicos de hidrotalcitas. A calcinação a 650°C das hidrotalcitas com 0 a 80% de substituição de alumínio resultou em óxidos mistos com estrutura de MgO, e a de materiais com 100% de substituição, em cromita de magnésio. As áreas BET dos materiais calcinados diminuíram com os aumentos do teor de cromo e da fração x, variando entre 90 e 309 m²/g. Os materiais não contêm microporos. A adsorção de CO2 mostrou que a densidade de sítios básicos diminui com os aumentos do teor de cromo e de x. Os testes catalíticos foram realizados num reator de leito fixo, à pressão atmosférica e temperaturas de 300 a 375°C. Os principais produtos foram n-butanol, éter etílico, acetaldeído e etileno, além de quantidades menores de butiraldeído, crotonaldeído e acetato de etila. A substituição de alumínio por cromo inibiu a formação de éter etílico e favoreceu a formação de acetaldeído. A substituição de 5 a 10% de alumínio por cromo resultou nas maiores conversões de etanol e nos maiores rendimentos de n-butanol. A presença da água na alimentação de etanol diminuiu as conversões. A promoção de catalisadores com sódio inibiu as reações, especialmente as de desidrataçãoHydrotalcite-type materials, Mg1-x(Al,Cr)x(OH)2(CO3)x/2yH2O, were synthesized by coprecipitation from solutions containing magnesium, aluminium and chromium nitrates, calcined, characterized and tested for the conversion of ethanol. Aluminum was substituted by chromium in MgAl-hydrotalcite in amounts of 0, 5, 10, 50, 80 and 100 mol% and x-values of 0,20, 0,25 and 0,33. Powder X-ray diffraction patterns of the synthesized materials were typical of hydrotalcites. Calcination at 650°C of materials with aluminum yielded mixed oxides with diffraction patterns typical of MgO, and of materials without aluminum, that of magnesium chromite. BET areas of calcined materials increased with increasing chromium contents as well as with increasing x-values, varying between 90 and 309 m²/g. No material contained micropores. CO2 adsorption showed decreasing base site density as either the chromium content or the x-value was increased. Catalysts were tested at atmospheric pressure and temperatures of 300 to 375°C in a fixed bed reactor. Diethyl ether, n-butanol, acetaldehyde and ethylene were the main reaction products; small amounts of crotonaldehyde, butyraldehyde and ethyl acetate were also present. The presence of chromium in the catalysts inhibited diethyl ether formation while favoring acetaldehyde formation. The substitution of 5-10 mol% of aluminum by chromium resulted in the highest ethanol conversions and the largest overall yields of n-butanol. Lower conversions were obtained when water was added into the ethanol feed. Promotion of catalysts with sodium decreased conversions, particularly of dehydration reaction