En química , la catálisis de límite de fase (PBC) es un tipo de sistema catalítico heterogéneo que facilita la reacción química de un componente químico particular en una fase inmiscible para reaccionar en un sitio catalítico activo ubicado en un límite de fase . El componente químico es soluble en una fase pero insoluble en la otra. El catalizador para PBC ha sido diseñado en el que la parte externa de la zeolita es hidrófoba , internamente suele ser hidrófila , sin perjuicio de la naturaleza polar de algunos reactivos. [1] [2] [3] [4] [5]En este sentido, el medio ambiente en este sistema es cercano al de una enzima . La principal diferencia entre este sistema y la enzima es la flexibilidad de la red. La red de la zeolita es rígida, mientras que la enzima es flexible.
Diseño de catalizador de límite de fase
Los sistemas catalíticos de límite de fase (PBC) se pueden contrastar con los sistemas catalíticos convencionales. La PBC es principalmente aplicable a reacciones en la interfase de una fase acuosa y una fase orgánica. En estos casos, se necesita un enfoque como el PBC debido a la inmiscibilidad de las fases acuosas con la mayoría de los sustratos orgánicos. En PBC, el catalizador actúa en la interfaz entre las fases acuosa y orgánica. El medio de reacción de los sistemas de catálisis de límite de fase para la reacción catalítica de fases acuosas y orgánicas inmiscibles consta de tres fases; una fase líquida orgánica, que contiene la mayor parte del sustrato, una fase líquida acuosa que contiene la mayor parte del sustrato en fase acuosa y el catalizador sólido.
En caso de sistema catalítico convencional;
- Cuando la mezcla de reacción se agita vigorosamente, se obtiene una emulsión aparentemente homogénea, que se segrega muy rápidamente en dos fases líquidas cuando cesa la agitación. La segregación se produce por la formación de burbujas orgánicas en la emulsión que se mueven hacia abajo para formar la fase acuosa, lo que indica que la emulsión consta de partículas dispersas de la fase acuosa en la fase orgánica.
- Debido a las condiciones de las reacciones trifásicas, la reacción general entre los sustratos de la fase acuosa y la fase orgánica en el catalizador sólido requiere diferentes procesos de transferencia. Están involucrados los siguientes pasos:
- transferencia de la fase acuosa de la fase orgánica a la superficie externa del catalizador sólido;
- transferencia de fase acuosa dentro del volumen de poros del catalizador sólido;
- transferencia del sustrato de la fase acuosa a la interfase entre las fases acuosa y orgánica
- transferencia del sustrato de la interfase a la fase acuosa;
- mezcla y difusión del sustrato en fase acuosa;
- transferencia del sustrato de la fase acuosa a la superficie externa del catalizador sólido;
- transferencia del sustrato dentro del volumen de poros del catalizador sólido;
- reacción catalítica ( adsorción , reacción química y desorción ).
En algunos sistemas, sin agitación vigorosa, no se observa reactividad del catalizador en el sistema catalítico convencional. [1] [2] [3] [4] [5] La agitación y la transferencia de masa de la fase orgánica a la acuosa y viceversa son necesarias para el sistema catalítico convencional. Por el contrario, en PBC, no se requiere agitación porque la transferencia de masa no es el paso que determina la velocidad en este sistema catalítico. Ya se ha demostrado que este sistema funciona para la epoxidación de alquenos sin agitación o la adición de un codisolvente para impulsar la transferencia de fase líquido-líquido. [1] [2] [3] El sitio activo ubicado en la superficie externa de la partícula de zeolita fue predominantemente efectivo para el sistema catalítico de límite de fase observado. [4] [6]
Proceso de síntesis
Se preparó zeolita modificada en la que la superficie externa estaba parcialmente cubierta con alquilsilano, llamado catalizador de límite de fase, en dos pasos. [1] [2] [3] [4] [5] Primero, se impregnó dióxido de titanio de isopropóxido de titanio en polvo de zeolita de NaY para dar la muestra W-Ti-NaY. En el segundo paso, se impregnó alquisilano de n-octadeciltriclorosilano (OTS) en el polvo de W-Ti-NaY que contenía agua. Debido a la hidrofilia de la superficie de w-Ti-NaY, la adición de una pequeña cantidad de agua condujo a la agregación debido a la fuerza capilar del agua entre las partículas. En estas condiciones, se espera que solo la superficie externa de los agregados, en contacto con la fase orgánica, pueda ser modificada con OTS y, de hecho, casi todas las partículas se ubicaron en el límite de fase cuando se agregaron a un solvente orgánico-agua inmiscible ( W / O) mezcla. La muestra parcialmente modificada se indica w / o-Ti-NaY. El Ti-NaY (o-Ti-NaY) completamente modificado, preparado sin la adición de agua en el segundo paso anterior, se suspende fácilmente en un disolvente orgánico como se esperaba.
Catalizador de interfase Janus
El catalizador de interfase de Janus es una nueva generación de catalizadores heterogéneos, que es capaz de realizar reacciones orgánicas en la interfaz de dos fases mediante la formación de la emulsión de Pickering. [7]
Ver también
Referencias
- ^ H. Nur, S. Ikeda y B. Ohtani, Catálisis de límite de fase: un nuevo enfoque en la epoxidación de alquenos con peróxido de hidrógeno mediante zeolita cargada con óxido de titanio recubierto de alquilsilano , Chemical Communications , 2000, 2235 - 2236. Resumen
- ^ H. Nur, S. Ikeda y B. Ohtani, Catálisis de límite de fase de la epoxidación de alquenos con peróxido de hidrógeno acuoso usando partículas de zeolita anfifílica cargadas con óxido de titanio , Journal of Catalysis , 2001, (204) 402 - 408. Resumen
- ^ S. Ikeda, H. Nur, T. Sawadaishi, K. Ijiro, M. Shimomura, B. Ohtani, Observación directa de estructuras superficiales anfifílicas bimodales de partículas de zeolita para una nueva catálisis de límite de fase líquido-líquido , Langmuir , 2001, ( 17) 7976 - 7979. Resumen
- ^ H. Nur, S. Ikeda y B. Ohtani, Catalizadores de límite de fase para reacciones catalizadas por ácido: el papel de la estructura anfifílica bimodal y la ubicación de los sitios activos , Revista de la Sociedad Química Brasileña , 2004, (15) 719–724 - 2236 .
- ^ H. Nur, S. Ikeda y B. Ohtani, Partículas de zeolita anfifílica NaY cargadas con ácido nióbico: Materiales con aplicaciones para catálisis en sistema líquido-líquido inmiscible , Reaction Kinetics and Catalysis Letters [ enlace muerto ] , 2004, (17) 255 - 261. Resumen
- ^ S. Ikeda, H. Nur, P. Wu, T. Tatsumi y B. Ohtani, Efecto de la ubicación del sitio activo de titanio sobre la actividad de la partícula de catalizador de límite de fase para la epoxidación de alquenos con peróxido de hidrógeno acuoso , Estudios en ciencia de superficies y catálisis Archivado en 2006 -12-01 en Wayback Machine , 2003, (145) 251-254.
- ^ M. Vafaeezadeh, WR Thiel (2020). "Catalizadores de interfase de Janus para reacciones orgánicas interfaciales". J. Mol. Liq . 315 : 113735. doi : 10.1016 / j.molliq.2020.113735 .