Chemistry of dawsonites and application in catalysis

Abstract

La dawsonita es un mineral cristalino hallado generalmente en la naturaleza en forma de hidróxicarbonato de sodio y aluminio, NaAlCO3(OH)2. Además del mineral, se han sintetizado diferentes tipos de dawsonitas variando su composición, es decir, cambiando el sodio y/o aluminio por cationes de similar naturaleza. El trabajo descrito en esta tesis se centra en estudiar la química de este tipo de compuestos incluyendo: la estabilidad en medios acuosos de las dawsonitas en condiciones moderadas, la obtención de compuestos nanoestructurados dawsonita-hidrotalcita a partir de hidrotalcita, y el efecto memoria de las alúminas derivadas de dawsonita. El objetivo final es la evaluación de los materiales sintetizados y sus derivados, en catálisis. Estos materiales han resultado ser eficientes o en algunos casos más activos que los catalizadores reportados en la literatura para reacciones básicas (la transesterificación de carbonato de etileno para producir carbonato de dimetilo) y redox (epoxidación de alquenos). Teniendo en cuenta los resultados obtenidos, estos materiales podrían ser utilizados como catalizadores, adsorbentes, y aditivos abriendo así una nueva vía de investigación.

Dawsonites are crystalline minerals generally present in nature as sodium aluminum carbonate hydroxide, NaAlCO3(OH)2. Besides the mineral, a variety of compositions with dawsonite-type structure have been synthesized by changing the nature of sodium or aluminum cations. The work described in this thesis focuses on the chemistry of dawsonite-type compounds including: the stability of dawsonites in aqueous media at mild conditions; the achievement of dawsonite-hydrotalcite nanostructured composites starting from the hydrotalcite; and the memory property of dawsonite-derived aluminas. The final goal is to evaluate the as-synthesized or derived dawsonite-materials in selected catalytic reactions. These materials were efficient or even more active than catalysts in the state-of-the-art in basic (dimethyl carbonate production by transesterification of ethylene carbonate with methanol) and redox (alkene epoxidation of cyclooctene with hydrogen peroxide) reactions. The above findings could have further practical implications as activated dawsonites open a new window of research with potential applications as catalysts, adsorbents, and additives.