Effect of cerium loading on structure and morphology of modified Ce-USY zeolites

Este trabalho descreve detalhadamente o efeito da quantidade de cério na estrutura e morfologia da zeólita NH4USY. Ce-USY (2-25% m/m de CeO₂) foi obtido por impregnação úmida de CeCl₃ seguida de calcinação a 550ºC por 8 h. Em quantidades baixas (2-10%), foi observado que as espécies de cério encontram-se nas posições de troca iônica na rede, enquanto em maiores teores (15-25%) pequenos agregados formaram-se na superfície da HUSY. Difratometria de raios X (XRD) mostrou apenas reflexões relacionadas à HUSY, confirmando a alta dispersão das espécies de cério, porém as análises por espectroscopia Raman com transformada de Fourier (FT-Raman) detectaram CeO_x para os materiais acima de 10%. A reação do CeCl₃ com NH₄USY produziu NH₄Cl, o qual se decompõe em HCl, ocasionando a desaluminização da rede. Os materiais apresentaram um aumento da razão Lewis/Brønsted com o aumento da quantidade de cério, devido a interação do excesso de cério com os grupos OH da USY e consequente formação de espécies CeO_x.

ABSTRACT: This work describes comprehensibly the effect of cerium loading on the structure and morphology of NH4USY zeolite. The Ce-USY (2-25 wt.% of CeO₂) was obtained by wet impregnation of CeCl₃ followed by calcination at 550ºC for 8 h. At low loadings (2-10%), cerium species are mainly located at ion exchange positions in the framework, whereas at higher loadings (15-25%), small aggregates were formed on the HUSY surface. X-ray diffractograms (XRD) exhibited only the reflections related to HUSY, demonstrating the high dispersion of cerium species, but Fourier transform Raman spectroscopy (FT-Raman) detected CeO_x for the materials above 10%. Reaction of CeCl₃ with NH₄USY produced NH₄Cl, which decomposed to form HCl, leading to framework dealumination. The materials showed an increased Lewis/Brønsted ratio with increasing cerium loadings due to the interaction between the excess cerium and the OH groups of USY, and the consequent formation of CeO_x species.