Caracterización fisicoquímica de catalizadores de Ru soportados para la hidrogenación de ácido levulínico a GVL

MUSCI, JUAN J.; RODRÍGUEZ-AGUADO, ELENA; RODRÍGUEZ-CASTELLÓN, ENRIQUE; MONTAÑA, MAIA; MÉNDEZ, LETICIA J.; CECILIA, JUAN A.; LEGUIZAMÓN APARICIO, MARÍA SILVIA; LICK, ILEANA D.; BARBELLI, MARÍA L.; CASELLA, MÓNICA L.

Sevilla

Congreso; XIX Reunión del Grupo Especializado de Química Inorgánica y XIII Reunión del Grupo Especializado de Química de Estado Sólido; 2022

Real Sociedad Española de Química

El diseño de sólidos catalíticos, con las adecuadas propiedades ácido-base y una elevada dispersión de las fases activas, es un punto clave a tener en cuenta en los desarrollos de nuevos procesos que tienden a la valorización de residuos de biomasa. Dentro de estos procesos se encuentra la hidrogenación catalítica del ácido levulínico (AL) para obtener gamma-valerolactona (GVL) [1]. En este trabajo, se estudia el efecto de la acidez del sólido y la naturaleza de las fases soportadas de rutenio en la conversión del AL y en la selectividad hacia GVL en fase acuosa. Para cumplir con el objetivo se prepararon materiales soportados sobre carbono (Ru-C), alúmina (Ru-A), zirconia-alúmina (Ru-ZA) y zirconia alúmina fosfatada (Ru-ZPA). Tanto el carbono como la alúmina se obtuvieron comercialmente, mientras que la preparación de los soportes ZA y del ZPA se realizó en el laboratorio [2]. Los catalizadores metálicos con un 3%p/p de Ru se prepararon utilizando la técnica de impregnación incipiente y posterior reducción con H2 (g) a 300°C durante 2 h. Los sistemas catalíticos fueron analizados por BET, DRX, TEM, HR-STEM, TPD de amoníaco y XPS. La reacción de hidrogenación de AL comercial y de un AL crudo obtenido desde fructosa se llevó a cabo en un reactor batch en fase acuosa y utilizando condiciones medias de reacción (120 ºC; 30 bar H2). Los productos de la reacción se determinaron por cromatografía gaseosa (CG-MS y CG-FID). Todos los catalizadores, que contienen sitios ácidos y nanopartículas de Ru soportadas, alcanzan muy buena conversión del AL comercial (X~97-99%) y alta selectividad hacia el producto deseado (S%≥99) luego de 1 h de reacción (Tabla 1). El catalizador que presenta mayor velocidad inicial es el Ru-ZA, el cual es uno de los sistemas más ácidos y además contiene el mayor porcentaje de rutenio en estado metálico. En adición, con este catalizador se alcanzan buenos resultados en la conversión de un crudo de AL obtenido a partir de fructosa en un ensayo en cascada y omitiendo purificaciones intermedias. En este caso el rendimiento molar de GVL a partir de fructosa fue del 62%.