Estudio y diseño de materiales catalíticos apropiados para procesos químicos amigables con el ambiente

Abstract

El proyecto tiene como objetivo general el estudio y desarrollo de catalizadores novedosos para procesos químicos amigables con el medio ambiente. Esos procesos son la obtención de productos de alto valor agregado, -valerolactona y ácido levulínico, a partir de biomasa residual regional, el reciclado de polietilentereftalato (PET) por la reacción de glicólisis y el reformado seco de metano con dióxido de carbono para la producción de hidrógeno/gas de síntesis. Para el primer proceso, como catalizadores ácidos, se sintetizarán carbones mesoporosos ordenados y otros obtenidos por carbonización controlada de cáscara de arroz, los cuales serán funcionalizados para obtener diferentes relaciones de acidez Bronsted y/o Lewis. Estos sólidos ácidos se utilizarán como soportes de los catalizadores bifuncionales para la reacción de hidrogenación-deshidratación selectiva, y como metales activos se sintetizarán nanopartículas de Ni, Cu o Co, las cuales se incorporarán a los soportes ácidos mediante métodos de anclaje como impregnación y reducción directa sobre el soporte. Para el reciclado de PET se usarán como catalizadores espinelas, óxidos mixtos derivados de hidrotalcitas y materiales basados en carbón. Se eligieron estos materiales para que los catalizadores sean de fácil separación luego de la reacción de despolimerización y se puedan reusar. Por ello se seleccionarán los más promisorios entre los materiales catalíticos para desarrollar catalizadores estructurados basados en espumas o esferas que se recubrirán con una capa del material seleccionado. Por último, se desarrollarán y optimizarán procedimientos de síntesis de soportes estructurados para ser utilizados en la preparación de catalizadores basados en metales nobles para su aplicación en el reformado seco de metano con CO2. Con respecto a estos soportes estructurados, el objetivo principal es desarrollar y optimizar las síntesis consistentes en el recubrimiento de capas delgadas de óxidos metálicos sobre esferas compactas de -Al2O3 y espumas metálicas. Este recubrimiento o ?coating? se realizará con películas delgadas de MgAl2O4, ZnAl2O4 o -Al2O3 con o sin dopado con lantánidos (Ce, La, etc.) quedando una estructura superficial porosa a las cuales se le depositarán metales activos como Pt, Ir, Rh, Ru, Ni acompañados de promotores metálicos, que en combinación adecuada permitan lograr alta actividad, selectividad y estabilidad en la reacción ya mencionada.

The general objective of the project is the study and development of novel catalysts for environmentally friendly chemical processes. These processes are the obtaining of high added value products, - valerolactone and levulinic acid, from regional residual biomass, the recycling of polyethylene terephthalate (PET) by the glycolysis reaction and the dry reforming of methane with carbon dioxide for the hydrogen/syngas production. For the first process, as acid catalysts, ordered mesoporous carbons and others obtained by controlled carbonization of rice husk will be synthesized, which will be functionalized to obtain different Bronsted and/or Lewis acidity ratios. These acidic solids will be used as supports for the bifunctional catalysts for the selective hydrogenation-dehydration reaction, and as active metals, Ni, Cu or Co nanoparticles will be synthesized, which will be incorporated into the acidic supports through anchoring methods such as impregnation and directly reduction on the support. For PET recycling, spinels, mixed oxides derived from hydrotalcites and carbon-based materials will be used as catalysts. These materials were chosen so that the catalysts are easy to separate after the depolymerization reaction and can be reused. Therefore, the most promising among the catalytic materials will be selected to develop structured catalysts based on foams or spheres that will be coated with a layer of the selected material. Finally, synthesis processes of structured supports will be developed and optimized to be used in the preparation of catalysts based on noble metals for their application in the dry reforming of methane with CO2. With respect to these structured supports, the main objective is to develop and optimize syntheses consisting of the coating of thin layers of metal oxides on compact spheres of -Al2O3 and metal foams. This coating or “coating” will be carried out with thin films of MgAl2O4, ZnAl2O4 or - Al2O3 with or without doping with lanthanides (Ce, La, etc.), leaving a porous surface structure in which active metals such as Pt, Ir, Rh, Ru and Ni will be deposited- This metals will be accompanied by metallic promoters, which in appropriate combination allow achieving high activity, selectivity and stability in the aforementioned reaction