Desarrollo de catalizadores bifuncionales para obtenciónde ésteres valéricos a partir de derivados de biomasa

Abstract

En este proyecto se propone como línea central de trabajo el desarrollo de catalizadores bifuncionales metal-ácido, basados en la incorporación de nanopartículas de metales no-nobles sobre soportes mesoporosos funcionalizados. Estos materiales serán evaluadosen reacciones de interés en biorefinerías que involucran la obtención, en una o dos etapas, de biocombustibles de segunda generación (ésteres valéricos) a partir de ácido levulínico. Los soportes que se utilizarán son las sílices mesoporosas FDU-12, SBA-15 large pore y de tipo amorfo, funcionalizadas con grupos propilsulfónicos (acidez Brønsted) o aluminio (acidez Lewis). Para incorporar la función metálica a los distintos soportes, se sintetizarán nanopartículas de metales no nobles: Ni y Cu, utilizando el método de reducción por solvente. Por lo tanto, el proyecto tiene una fuerte componente en lo que se relaciona a la síntesis y caracterización de materiales. Los catalizadores preparados se estudiarán en la reacción de obtención de ésteres valéricos a partir de ácido levulínico, en una o dos etapas de reacción. En el caso en que dicha reacción se lleve a cabo en dos etapas, las mismas consisten en la reacción de ácido levulínico a γ-valerolactona, y posterior transformación de esta a ésteres valéricos. Las distintas alternativas de reacción se estudiarán por separado, en reactores batch de alta presión, para hacer una pre-selección de los mejores catalizadores, que serán luego evaluados en reactor continuo de lecho fijo y alta presión. En este último sistema, se estudiará no sólo la actividad y selectividad de los catalizadores en condiciones más similares a las que podrían utilizarse a gran escala, sino que además se realizarán estudios de estabilidad y regenerabilidad de los catalizadores, lo cual constituye un aspecto central para evaluar su posible aplicación. Los resultados de reacción y caracterización permitirán retroalimentar la investigación, de manera de llegar a obtener un catalizador o sistema catalítico óptimo para estas reacciones.

The aim of this project is the development of bifunctional metal-acid catalysts, based on the incorporation of non-noble metal nanoparticles on functionalized mesoporous supports. These materials will be evaluated in reactions of interest in biorefineries that involve obtaining, in one or two stages, second generation biofuels (valeric esters) from levulinic acid. The catalysts supports are mesoporous silicas FDU-12, SBA-15 large pore, and amorphous silica, functionalized with propylsulfonic groups (Brønsted acidity) or aluminum (Lewis acidity). To incorporate the metallic function into the different supports, nanoparticles of non-noble metals (Ni and Cu) will be synthesized, using the solvent reduction method. Therefore, the project has a strong component related to the synthesis and characterization of materials. The prepared catalysts will be studied in the production of valeric esters from levulinic acid, in one or two reaction steps. The two-stage process involves the convertion of levulinic acid to γ-valerolactone, and the subsequent transformation of this to valeric esters. The different reaction alternatives will be studied separately, in high-pressure batch reactors, to make a pre-selection of the best catalysts, which will then be evaluated in a high-pressure, fixed-bed continuous reactor. The continuous system will allow studying the catalysts stability and regenarability, which constitutes a central aspect to evaluate its possible application. The reaction and characterization results will provide feedback to the research, in order to obtain an optimal catalyst or catalytic system for these reactions.