Desarrollo de catalizadores metálicos eco-compatibles para la hidrogenación selectiva de furfural obtenido de biomasa

Abstract

En esta tesis se estudió el desempeño de catalizadores basados en metales no nobles en la hidrogenación selectiva de furfural en fase líquida: los metales seleccionados fueron cobre, níquel y cobalto. Se prepararon catalizadores por diferentes métodos y se utilizó un catalizador comercial de cromita de cobre con el fin de comparar su comportamiento con el de los catalizadores preparados en esta tesis. Para un mismo metal, se observó que la actividad catalítica en la hidrogenación de furfural en fase líquida, cuando se trabajó con 10 bar de hidrógeno y 110°C, fue mayor con las muestras preparadas por coprecipitación. En general, para tiempos prolongados de reacción, se obtuvieron mayores conversiones con los catalizadores basados en cobre que con los de níquel o cobalto. Los catalizadores de cobre fueron totalmente selectivos al producto deseado, alcohol furfurílico y también resultaron más estables que los de níquel y cobalto. A su vez, el más activo entre los catalizadores de cobre fue el constituido por nanopartículas metálicas interaccionando con una estructura tipo espinela de aluminato de magnesio (Cu-Mg-Al). Este catalizador resultó incluso más activo que el catalizador comercial. Se verificó además que los catalizadores Cu-Mg-Al fueron activos para la hidrogenación de furfural a alcohol furfurílico por transferencia de hidrógeno desde isopropanol. Se evaluaron catalizadores Cu-Mg-Al con diferentes cargas de cobre en el rango de temperatura de 110 a 150°C y se observó que la actividad aumentó con el aumento del contenido metálico, siendo totalmente selectivos a alcohol furfurílico en todos los casos.

The performance of catalysts based on non-noble metals in the selective hydrogenation of furfural in liquid phase was studied in this thesis: selected metals were copper, nickel and cobalt. Catalysts were prepared by different methods and a commercial copper chromite catalyst was also used in order to compare its behavior with that of the catalysts prepared in this thesis. For a given metal, the catalytic activity in the hydrogenation of furfural in liquid phase at 10 bar of hydrogen and 110°C was higher for samples prepared by coprecipitation. In general, for long reaction times, higher conversions were obtained with copper catalysts than with nickel or cobalt. Copper-based catalysts were totally selective to the desired product, furfuryl alcohol and were more stable than those of nickel and cobalt. Besides, the most active copper-based catalyst was that formed by metal nanoparticles interacting with a spinel-like structure of magnesium aluminate (Cu-Mg-Al). This catalyst was even more active than the commercial one. It was also verified that Cu-Mg-Al catalysts were active for the hydrogenation of furfural to furfuryl alcohol by hydrogen transfer from isopropanol. Cu-Mg-Al catalysts were evaluated at different copper loadings in the temperature range of 110 to 150 °C and it was observed that the activity increased with metal content, being the samples totally selective to furfuryl alcohol in all cases.