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

MONTAÑA, MAIA; LEGUIZAMÓN APARICIO, MARÍA SILVIA; JUAN MUSCI; BARBELLI, MARÍA L.; BIDEBERRIPE, HERNÁN P.; ELENA RODRIGUEZ-AGUADO; CECILIA, JUAN ANTONIO; LICK, ILEANA D.; ENRIQUE RODRIGUEZ CASTELLÓN; CASELLA, MÓNICA LAURA

Valencia

Congreso; SECAT 2021; 2021

SECAT

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 nuevasestrategias para la conversión de biomasa enproductos de alto valoragregado como asítambién de diversas plataformas químicas. Una importante plataforma química es el ácido levulínico (AL), que puede convertirse en -valerolactona (GVL). La GVL es un productoque encuentra aplicación comocombustible líquido, aditivo alimenticio y solvente 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 catalizadoresmetálicosde rutenio soportado.Para la preparación del soporte Z-A, zirconia-alúmina al 15% en peso, se utilizó el método sol-gel. 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 solución 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 H2a 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 fueron analizados por DRX, TEM, HR-STEM, TPRy XPS. La reacción de hidrogenación se llevó a cabo en un reactorbatch en fase acuosa. Los productos de la reacción fueron determinados 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 mediasde reacción indican que el catalizador que presenta mayor velocidad inicial, mayor conversión y mayor selectividad es el Ru(3)/Z-A (Tabla 1).Tabla 1: Influencia de la concentración de Rutenio en la conversión de AL y selectividad hacia GVLCatalizadorDispersión(%)D(nm)Conversión (%)Selectividad a GVL (%)r0 (mmol/gRu*s)Ru(0,5)/Z-A--70998,6Ru(1,5)/Z-A--979916Ru(3)/Z-A641,429999,919Ru(3)/A322,859799,916Ru(3)/ZP-A303,0899999,6Ru(3)/C821,129799,96,8Condiciones de reacción: 0, 1 g de catalizador T: 120 ºC; P: 30 bar H2; Tiempo:1h de reacción.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.Elcatalizador Ru(3)/Z-A, que presenta la mejor performance catalítica, 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, fue estudiada la estabilidad del catalizadorRu(3)/Z-A el cual mantiene actividad y selectividad luego de tres ciclos de reacción.