Estudio espectroscópico y termodinámico de la adsorción de CO y CO2 en zeolitas

Abstract

[spa] Se han estudiado, mediante espectroscopía IR a temperatura variable y cálculos DFT en modelos periódicos, los complejos de adsorción de CO en las zeolitas Na-ZSM-5 y K-ZSM-5. En ambos casos se encontraron tres tipos de complejos: M+•••CO, M+•••OC y M+•••CO•••M+ (M = Na, K), que fueron caracterizados por sus correspondientes frecuencias de tensión C–O y sus entalpías estándar de formación. Asimismo se estudiaron también los complejos de adsorción de CO2 en las zeolitas K-FER y K-L. En el primer caso se encontraron las especies K+•••OCO y K+•••OCO•••K+; en el segundo sólo se forma la especie K+•••OCO. Finalmente, se estudió el efecto de la sustitución progresiva del ion H+ por Na+ o K+ en las zeolitas H-ZSM-5 y H-Y; encontrándose que tal sustitución proporciona un medio eficaz para regular la fuerza ácida de Brønsted de la zeolita, que disminuye al aumentar el porcentaje de sustitución del protón por el ion alcalino.

[eng] The adsorption complexes of CO in the zeolites Na-ZSM-5 and K-ZSM-5 were investigated by means of variable-temperature IR spectroscopy and DFT calculations on periodic models. The following types of species were found, M+•••CO, M+•••OC and M+•••CO•••M+ (M = Na, K), which were characterized by their corresponding C–O stretching frequency and standard adsorption enthalpy. Also, the adsorption complexes of CO2 in the zeolites K-FER and K-L were studied. K-FER gave the species K+•••OCO and K+•••OCO•••K+; K-L gave only the K+•••OCO adsorption species. Finally, the effect of progressive substitution of Na+ or K+ for H+ in the zeolites H-ZSM-5 and H-Y was investigated; showing that such a substitution constitutes and effective means to tailor the zeolite Brønsted acid strength, which decreases when the degree of substitution of the alkali metal cation for the proton increases.