Catalizadores heterogéneos de potasio y calcio soportados para la transesterificación de aceite de soja

MARISA BELÉN NAVAS; JOSÉ FERNANDO RUGGERA

Corrientes

Jornada; XXI Jornadas de Jóvenes Investigadores AUGM; 2013

Asociación de Universidades Grupo Montevideo

Los motores de combustión interna seguirán siendo la tecnología dominante de transporte disponible en un futuro próximo, utilizando principalmente combustibles líquidos producidos a partir tanto de fuentes renovables como no renovables. Los biocombustibles ofrecen la mejor opción para reemplazar una parte significativa de los combustibles fósiles. El reto, por tanto, es aumentar sustancialmente la producción de biocombustibles mediante el uso de materias primas innovadoras, procesos y tecnologías, que sean a la vez competitivas y sostenibles. La transesterificación de aceites vegetales o grasas animales para la obtención de biodiesel utilizando catalizadores químicos, especialmente en presencia de una base fuerte ha sido ampliamente utilizada en la producción industrial de biodiesel. Tales soluciones básicas pueden transformar triglicéridos a sus correspondientes ésteres metílicos de ácidos grasos; sin embargo, la posterior separación del catalizador es técnicamente complicada. Los catalizadores básicos sólidos, en especial óxidos de metales alcalinos y alcalino-térreos, son los más escogidos en este sentido, debido a su buena recuperación y reutilización. Entre los alcoholes que se pueden utilizar en la reacción de transesterificación se encuentran el metanol, etanol, propanol y butanol. El metanol se utiliza con más frecuencia, pero al provenir en su gran mayoría de la industria de combustibles fósiles, no se considera como sustentable en el futuro cercano. Por esta razón, el butanol obtenido por fermentación de biomasa para su uso en la generación de biocarburantes, está recibiendo un interés renovado. Como contribución al tema, este trabajo examina el uso de óxidos de potasio y calcio soportados sobre γ-Al2O3 como catalizadores heterogéneos básicos en la transesterificación de aceite de soja empleando metanol y butanol. El propósito del presente estudio consistió en la preparación mediante impregnación de catalizadores de potasio y calcio a partir de soluciones acuosas de los hidróxidos, utilizando γ-Al2O3 como soporte. Los mismos se caracterizaron superficialmente mediante adsorción de N2, termogravimetría de CO2, difracción de rayos X y microscopía de barrido electrónico. Se encontró menor superfície y volumen de poro para K2O, pero mayor capacidad de adsorción de CO2, debido a la presencia de mayor cantidad de sítios básicos que para CaO. Asimismo, se ensayaron en una reacción de transesterificación de aceite de soja, empleando metanol y butanol, a 60 y 85 ºC respectivamente, con relación molar 6:1 con respecto al aceite y evaluando el rendimiento a ésteres de alquilo de ácidos grasos (FAAE) en función del tiempo. El mismo, aproximadamente constante en 95%, fue mayor para K2O, debido a su gran cantidad de sitios básicos. Finalmente, se desarrolló un modelado computacional para el sistema metanol/óxido, para lo cual se construyeron y optimizaron las geometrías del metanol y de sendos clusters de K2O y CaO. Se determinaron las longitudes del enlace O-H del grupo alcohol y la respectiva separación de cargas de Mulliken, las cuales se observó que aumentan una vez adsorbido el metanol; y así también las energías de adsorción del alcohol en cada superficie, calculándola como la diferencia entre la energía del sistema metanol/cluster y ambos sistemas a distancia infinita. Para este estudio se realizó un cálculo de optimización del sistema, manteniendo las coordenadas de los átomos pertenecientes a los óxidos congeladas, para relajar las distancias y ángulos entre el adsorbato y la superficie y las coordenadas internas del alcohol estudiado. La energía encontrada fue mayor para el sistema K2O/MeOH, en concordancia con la mejor performance catalítica de este sistema.