Sintesi di materiali mesoporosi, mediante metodi convenzionali e assistiti da microonde, per processi riguardanti l’oleochimica, la farmaceutica, la cosmetica e le reazioni solvent-free.

I materiali mesoporosi appartenenti alla classe MCM (Mobil Composition of Matter) rappresentano una delle scoperte recenti più interessanti nel campo della chimica dei materiali. Il mesoporoso più importante appartenente a questa famiglia è il MCM41. Esso è costituito da pori cilindrici aventi dimensioni comprese tra 2 e 50 nm, circondati da silice amorfa, con struttura esagonale a lungo raggio e lunghezza dei cilindri dell’ordine dei micron. Altri materiali appartenenti alla stessa classe possono presentare struttura cubica (MCM48) o lamellare (MCM50). Le caratteristiche principali della maggior parte dei materiali mesoporosi sono: ben definita forma dei pori, distribuzione stretta delle dimensioni dei pori, dimensioni dei pori variabili in funzione delle condizioni di sintesi, effetto trascurabile di network tra i pori, elevato grado di ordine dei pori su scala micrometrica, elevata area superficiale, elevato volume dei pori con conseguente eccezionale capacità di adsorbimento, elevata percentuale di gruppi idrossilici nelle pareti interne dei pori, facilità di modifica delle proprietà di superficie, elevata selettività catalitica per particolari reazioni, eccellente stabilità termica, idrotermica, chimica e meccanica. Queste caratteristiche ne hanno permesso l’utilizzo nella catalisi di molti processi petrolchimici [1-3], come supporti di eteropoliacidi [4], come catalizzatori di processi redox in fase liquida [5-6], come adsorbenti altamente efficienti [7-8] e in processi di molecular hosting [9,10] La procedura di sintesi del MCM41, proposta per la prima volta da Kresge et al. [11] nel 1992, prevede l’uso dei cristalli liquidi come template (LCT) e consiste nel formare il silicato in soluzione acquosa acida (o basica), mantenendo condizioni di temperatura e tempi di reazione opportune. Secondo il meccanismo proposto da Beck e collaboratori [12] la struttura del materiale é determinata dall’organizzazione delle molecole del tensioattivo che formano il cristallo liquido. Il primo stadio nella sintesi corrisponde alla formazione di micelle cilindriche che successivamente si organizzano generando un cristallo liquido con fase esagonale. Tale stadio è seguito dalla formazione di una struttura inorganica intorno alla struttura cilindrica delle micelle. In seguito altri autori [13] hanno dimostrato che l'anione silicato contribuisce sinergicamente con il tensioattivo alla formazione di una struttura supramolecolare. Il successivo processo di calcinazione permette di allontanare il tensioattivo ed ottenere una struttura porosa costituita da cilindri cavi con pareti di silice amorfa, ordinati nello spazio secondo una struttura esagonale. Variando opportunamente la lunghezza della catena del tensioattivo, la concentrazione del tensioattivo e del precursore della silice, la temperatura, le condizioni sperimentali di pH e il tempo di sintesi è possibile ottenere materiali aventi dimensioni dei pori e spessore delle pareti variabile [14]. L’aggiunta alla miscela di reazione di molecole organiche ausiliarie con caratteristiche idrofobe, quali cationi di alchiltrietilammonio, idrocarburi aromatici, alcani, trialchilammine e alchildimetilammine, ha permesso di aumentare il diametro interno dei pori fino a raggiungere dimensioni interne di 11 nm [11,15]. L’introduzione di un elemento nuovo all’interno dei supporti mesoporosi permette di ottenere materiali con proprietà catalitiche differenti. Per esempio, la funzionalizzazione con metalli di transizione conferisce al materiale proprietà redox, la sostituzione del silicio con alluminio o boro conferisce proprietà acide, l’introduzione di ossidi di metalli alcalino-terrosi permette di ottenere materiali con proprietà basiche. Con lo scopo di funzionalizzare il MCM41 la procedura di sintesi LCT è stata modificata, variando sia la natura del templante che quella del precursore del materiale inorganico. Sono stati così ottenuti silicati