Hidrogenación de ácido levulínico a gamma-valerolactona asistido por catalizadores de Ru soportados en fase acuosa

M. MONTAÑA; MARÍA S. LEGUIZAMÓN APARICIO; J.J. MUSCI; M. L. BARBELLI; L. MENDEZ; H. P. BIDEBERRIPE; E. RODRÍGUEZ-AGUADO; J. A. CECILIA; E. RODRÍGUEZ-CASTELLÓN; M. L. CASELLA

Valencia

Congreso; Reunión Bienal de la Sociedad Española de Catálisis - SECAT 2021; 2021

En los últimos años, debido a la problemática del cambio climático y la disminución de las fuentes de combustibles fósiles, el interés científico-tecnológico se ha dirigido al desarrollo de nuevas estrategias para la conversión de biomasa en productos de alto valor agregado como así también de diversas plataformas químicas. Una importante plataforma química es el ácido levulínico (AL), que puede convertirse en -valerolactona (GVL). La GVL es un producto que encuentra aplicación como combustible líquido, aditivo alimenticio y disolvente no tóxico, entre otras. En este trabajo, se estudia la obtención de GVL por medio de la hidrogenación de AL en fase acuosa, asistida con catalizadores metálicos de rutenio soportado.Se disolvió la sal ZrOCl2.8H2O sobre una suspensión agitada de alúmina en agua calidad Milli-Q. Luego se formó un hidrogel mediante el agregado gota a gota de una disolución de NH3 (1M) hasta obtener pH=10 en agitación constante. La mezcla se envejeció durante 7 días. El precipitado blanco obtenido se filtró y se lavó con agua destilada. Finalmente, el sólido obtenido se secó en estufa por 24 h a 105 °C. El soporte Z-A se calcinó a 600°C durante 2 h. Los catalizadores de Ru soportado se prepararon utilizando la técnica de impregnación húmeda para obtener contenidos de Ru de 0,5; 1,5 y 3%p/p. Los catalizadores se redujeron con H2 a 300°C durante 2 h para obtener la fase activa. Además, se prepararon catalizadores sobre otros soportes (alúmina, carbón y zirconia fosfatada/alúmina) con fines comparativos. Todos los sistemas catalíticos se analizaron por DRX, TEM, HR-STEM, TPR y XPS. La reacción de hidrogenación se llevó a cabo en un reactor batch en fase acuosa. Los productos de la reacción se analizaron por HPLC y cromatografía gaseosa. Se estudió el efecto de diferentes variables sobre la conversión para el catalizador Ru/Z-A: temperatura, presión, concentración de rutenio y masa de catalizador. Los resultados obtenidos en condiciones medias de reacción indican que el catalizador que presenta mayor velocidad inicial, mayor conversión y mayor selectividad es el Ru(3)/Z-A (Tabla 1).La actividad de los catalizadores está condicionada por la carga de Rutenio, a mayor carga mayor conversión, así como la influencia del soporte que se manifiesta en la dispersión metálica y el tamaño de las partículas de rutenio soportadas. El catalizador Ru(3)/Z-A, que presenta el mejor comportamiento catalítico, presenta buena dispersión y partículas, cuyo tamaño promedio es de 1,42 nm. Una disminución del tamaño de las partículas podría conducir a una menor disponibilidad de las mismas y, consecuentemente, a una menor actividad catalítica. La especie predominante en la superficie es Ru(0), según resultados de XPS, especie que facilita la ruptura de los enlaces para la conversión de AL en GVL. Además, se estudió la estabilidad del catalizador Ru(3)/Z-A, el cual mantiene actividad y selectividad después de tres ciclos de reacción.