Estudio computacional de las propiedades estructurales, vibracionales y elásticas de zeolitas con topología MFI en condiciones de alta presión

Abstract

El comportamiento de estructuras cristalinas en condiciones de alta presión ha estado en el foco de diversos estudios experimentales y teóricos en las últimas décadas. En el caso de las zeolitas estas investigaciones se justifican por el hecho de que varias de sus aplicaciones industriales ocurren en tales condiciones. Entre las zeolitas estudiadas se destacan las que presentan topología del enrejado MFI, utilizadas en la industria petroquímica, cuyos miembros más importantes son la silicalita-1 y la ZSM-5. Esta investigación utilizó el método de la Mecánica Molecular y la técnica de Minimización de Energía a presión constante, para estudiar las características estructurales, vibracionales y elásticas de las zeolitas silicalita-1 y ZSM-5 (con una relación Si/Al = 11), en condiciones de alta presión (≤ 7.0 GPa). Los resultados obtenidos muestran importantes deformaciones en los parámetros de la celda elemental y modificaciones apreciables en las dimensiones de los canales de ambas zeolitas. Las distancias de enlace entre los átomos que forman las estructuras muestran poca variación, mientras que sus ángulos se modifican apreciablemente. El espectro vibracional también sufre modificaciones con la presión observándose que la banda de 385 cm-1 se deforma, disminuye en intensidad y se desplaza hacia mayores números de onda. Ambas zeolitas muestran anisotropía mecánica, siendo más rígidos en la dirección [100] y más compresibles hacia [010]. Cuando se retira la presión la topología de los materiales se recupera, así como su espectro vibracional, sugiriendo el carácter reversible del proceso. Finalmente, la presencia del aluminio provoca mayores deformaciones y distorsiones estructurales en las zeolitas estudiadas. Los resultados de las simulaciones concuerdan con los obtenidos por otros autores mediante experimentos de espectroscopia Raman e Infrarroja y de difracción de rayos X.