Hidrogenación selectiva de furfuraldehído en fase líquida empleando catalizadores metálicos y multimetálicos soportados

• Autores: Merlo, Andrea Beatriz
• Año de publicación: 2010
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Casella, Mónica Laura
• Materia: Ciencias Exactas; Química; producto químico orgánico; Biomasa; Hidrogenación; Catálisis
• Institución: Universidad Nacional de La Plata

La tendencia a la utilización de materias primas renovables ha impulsado a los investigadores a estudiar el aprovechamiento de productos derivados de la biomasa, tendiendo a disminuir de esta manera el uso de compuestos provenientes del petróleo. A partir de estos productos químicos de origen natural se busca obtener derivados con un mayor valor agregado, siendo la catálisis heterogénea una muy buena herramienta para la obtención de los mismos en una forma más sostenible. El furfuraldehído (furfural) es una de las sustancias química que puede ser conseguida fácilmente a partir de la biomasa, parece ser el único producto orgánico insaturado obtenido en gran volumen a partir de carbohidratos y es además un reactivo clave para la producción de compuestos no derivados del petróleo. La familia de compuestos primarios que pueden obtenerse a partir del furfural resulta muy amplia, sin embargo el 65 por ciento de toda la producción de furfural se transforma en alcohol furfurílico. Dicho producto será centro de estudio de este trabajo de tesis dado que el mismo es posible obtenerlo a partir de la hidrogenación catalítica del aldehído α,β-insaturado mencionado. En el desarrollo del Capítulo I se realizó un minucioso estudio bibliográfico de los aspectos relevantes que sirvieron como punto de partida para la realización del presente trabajo. Se describieron brevemente, a modo de introducción, conceptos básicos como ventajas y características de la catálisis heterogénea, tipos de catalizadores heterogéneos y su obtención (en especial para sólidos soportados), soportes, fase activa, modificadores, etc. Se detalló el uso de estos catalizadores heterogéneos en reacciones de hidrogenación de compuestos carbonílicos, describiendo en detalle los principales aspectos a la hora de mejorar la actividad y/o selectividad de una reacción. En el Capítulo II se describieron los aspectos fundamentales sobre el origen de la biomasa, sus derivados y las rutas que conducen a la obtención del furfural, haciendo hincapié en sus características generales y en el valor agregado de sus productos de reacción, principalmente el alcohol furfurílico. En el Capítulo III se detallaron los métodos de preparación y caracterización de los catalizadores monometálicos soportados sobre SiO₂ y TiO₂ (M/SiO₂ (M = Pt, Ni y Rh) y Pt/TiO₂ y los sistemas bimetálicos (PtM/SiO₂ y PtSn/TiO₂ (M = Sn y Ge) utilizados en la reacción de hidrogenación de furfural. En el Capítulo IV se analizaron los efectos del metal de base, del soporte utilizado (un óxido parcialmente reducible (TiO₂) y un soporte inerte (SiO₂)), la temperatura de reacción, las características del solvente y la posible formación de productos secundarios con el mismo. Dichos resultados nos llevaron a seleccionar las condiciones de reacción más apropiadas y a determinar el sistema monometálico que demostró ser más activo y selectivo para la reacción estudiada. El análisis se completó con el estudio de la estabilidad del mismo luego de tres ciclos de reacción. En los Capítulos V y VI se analizó la hidrogenación del furfuraldehído empleando los diferentes catalizadores bimetálicos presentados en el Capítulo III. En el Capítulo V la investigación se centró en los sistemas modificados con estaño (MSn_y M = Pt, Rh y Ni), con distintas relaciones atómicas y soportados sobre los sólidos mencionados en el capítulo IV, obteniéndose los mejores resultados para las relaciones atómica 0,2-0,4. Se utilizó también un precursor de Sn soluble en agua (Bu₃SnOH) con el fin de trabajar en condiciones más benignas para nuestro medio ambiente. Por último, al igual que en el capítulo IV se estudió la estabilidad de los catalizadores, analizando tanto la actividad como la selectividad de los sistemas bimetálicos que demostraron ser los más eficientes. En el Capítulo VI se estudió el efecto del agregado de germanio (GeBu₄) sobre el catalizador monometálico Pt/SiO₂ y se los comparó con los sitemas PtSn_y/SiO₂.
Doctor en Ciencias Exactas, área Química
Universidad Nacional de La Plata
Facultad de Ciencias Exactas