Estudio de la influencia de variables de síntesis de sba-15 en sus propiedades y su efectividad como catalizador para reducir la toxicidad del humo del tabaco. Escalado del proceso de fabricación

Abstract

Las consecuencias del consumo de tabaco sobre la salud de los fumadores activos y pasivos es una de las preocupaciones sociales más importantes. De este modo, se han generado múltiples debates enfocados hacia la importancia de erradicar esta práctica. Sin embargo, las acciones adoptadas por los diferentes gobiernos, claramente no han sido suficientes. Éstas no han sido capaces de evitar los efectos negativos del tabaco y tampoco han alcanzado los valores esperados en la reducción del consumo. En este sentido, el empleo de adsorbentes y catalizadores mezclados en el tabaco o en los filtros pueden proporcionar una alternativa valiosa para reducir la toxicidad del humo del tabaco, lo cual puede constituir un campo importante para una nueva aplicación en el uso de catalizadores. Nuestro grupo de investigación ha estado trabajando durante años en el uso de catalizadores como la SBA-15, para reducir los niveles de compuestos tóxicos generados en el proceso de fumado y ayudar al consumidor a minimizar su adicción. Los trabajos realizados por el grupo anteriormente se centraron en el efecto de tales catalizadores en la química del humo del tabaco y su capacidad de reducción de tóxicos. El objetivo del presente trabajo es preparar materiales SBA-15 a diferentes temperaturas, tiempos y velocidades de agitación en las diferentes etapas de la síntesis, así como la simplificación de los equipos necesarios para el proceso. Se ha estudiado, además, el efecto de reducir el volumen del medio de reacción en el tratamiento hidrotérmico. De este modo, se pretende analizar la influencia de estas variables de síntesis en la capacidad de la SBA-15 para reducir los compuestos tóxicos en el humo del tabaco. Asimismo, también se pretende analizar el efecto del reactivo fuente de sílice. Para alcanzar estos objetivos se han caracterizado los materiales mediante técnicas de difracción de rayos X (DRX), isotermas de adsorción de N2, microscopía electrónica de barrido (SEM) y densidad aparente. Por otra parte, se ha realizado un estudio preliminar sobre las interacciones del tensoactivo con el material mesoporoso. Además, se han realizado ensayos de fumado y se han caracterizado las diferentes fracciones mediante cromatografía de gases asociadas a distintos detectores: MS y FID (o FID precedido por un metanizador en función de los compuestos). En este trabajo se muestran datos de gran interés para seleccionar las condiciones de síntesis y ajustar las propiedades de materiales tipo SBA-15 para esta aplicación práctica de enorme repercusión social. Además de discutir aspectos que pueden simplificar y economizar su proceso a gran escala, se muestran los resultados preliminares de un proceso de producción de estos materiales a escala de kilogramos, lo que permite avanzar en la puesta a punto del proceso de fabricación a escala industrial. De este modo, se ha podido constatar que el control de las variables temperatura y velocidad de agitación durante la precipitación es muy importante para alcanzar buenos resultados en la aplicación propuesta. Sin embargo, el tiempo de precipitación y de tratamiento hidrotérmico, así como la temperatura en esta segunda etapa, proporcionan modificaciones menos relevantes, por lo que podrían ajustarse para que el proceso resultara más rentable. En este trabajo se ha puesto de manifiesto la importancia de la densidad aparente para la aplicación seleccionada, una propiedad que no ha sido frecuentemente determinada en la caracterización de este tipo de materiales en otras ocasiones (sólo se ha podido encontrar un estudio en el cual se hacía referencia). Por otra parte, la reducción del líquido sobrenadante tras el proceso de precipitación no modifica las propiedades de los materiales y la eliminación del mismo junto con la bajada de las altas temperaturas pueden conllevar a repercusiones considerablemente positivas enfocadas en la reducción de los costes de los reactores para los procesos a gran escala. Por primera vez que se tenga constancia, se ha puesto a punto un sistema que permite la obtención de SBA-15 en cargas del orden de kilogramos (en la bibliografía se han localizado algunos artículos que hablan de este proceso a escala de decenas de gramos). Se han realizado dos experimentos de síntesis de este sistema utilizando TEOS en uno de ellos y silicato sódico como reactivo fuente de sílice en el otro. Se han obtenido cantidades del orden de 4 Kg en cada experimento con rendimientos estequiométricos, propiedades estructurales y comportamientos en el proceso de fumado similares a los obtenidos en distintas condiciones a escala de laboratorio. Estos resultados constituyen una base muy prometedora para la puesta a punto de un posible proceso a escala industrial para la fabricación de estos catalizadores con el objetivo final de ser empleados en esta aplicación, lo que podría suponer niveles de producción muy elevados. 1. Marcilla, A. et al. Ind. Eng. Chem. Res., vol. 54, no. 6, pp. 1916-1929, 2015. 2. Bérubé, F. & Kaliaguine, S. Microporous Mesoporous Mater., vol. 115, no 3, pp. 469-479, 2008. 3. Zhao, D. et al. J. Am. Chem. Soc., vol. 120, pp. 6024-6036, 1998. 4. Kosuge, K et al. Chem. Mater., vol. 16, pp. 899-905, 2004.