Síntesis de catalizadores mesoporosos ácidos para aplicaciones en reacciones de biorrefinerías

Abstract

La tesis doctoral aborda el desarrollo de catalizadores sólidos ácidos basados en sílices mesoporosas funcionalizadas con grupos sulfónicos, sintetizadas mediante los métodos de grafting y co-condensación. Las sílices mesoporosas seleccionadas para el estudio fueron KIT-6, FDU-12, nanotubos de sílice y SBA-15 large pore. Los grupos sulfónicos incorporados constituyen los sitios ácidos responsables del desempeño catalítico en reacciones que requieren de catálisis ácida. Los sólidos sintetizados fueron caracterizados mediante diferentes técnicas fisicoquímicas con el fin de evaluar sus propiedades estructurales, texturales, morfológicas y ácidas, estableciendo relaciones entre la metodología de síntesis, el contenido de grupos ácidos y la actividad catalítica obtenida. Además, se estudió el efecto de la co-funcionalización con grupos ácidos e hidrofóbicos sobre los catalizadores basados en las sílices KIT-6 y FDU-12, los cuales fueron evaluados en distintas reacciones catalíticas para analizar el impacto del efecto de estas modificaciones sobre su desempeño en reacción. Los catalizadores fueron ensayados principalmente en reacciones de esterificación de glicerina con ácidos grasos, analizando la conversión, selectividad y estabilidad a lo largo de ciclos sucesivos de reutilización. Adicionalmente, fueron evaluados en otras reacciones de valorización de biomasa, como la producción de 5-(etoximetil)furfural (EMF) a partir de la alcohólisis de fructosa y la reacción de hidroxialquilación/alquilación (HAA), demostrando la versatilidad de los materiales sintetizados en la obtención de distintos biocombustibles.

This doctoral thesis addresses the development of solid acid catalysts based on mesoporous silicas functionalized with sulfonic groups, synthesized through grafting and co-condensation methods. The mesoporous silicas selected for this study were KIT-6, FDU-12, silica nanotubes, and SBA-15 large pore. The incorporated sulfonic groups constitute the acid sites responsible for the catalytic performance in reactions requiring acid catalysis. The synthesized solids were characterized using different physicochemical techniques in order to evaluate their structural, textural, morphological, and acidic properties, establishing relationships between the synthesis methodology, acid group content, and the resulting catalytic activity. Furthermore, the effect of co-functionalization with acidic and hydrophobic groups was studied for catalysts based on KIT-6 and FDU-12 silicas, which were evaluated in different catalytic reactions to analyze the impact of these modifications on their catalytic performance. The catalysts were mainly tested in glycerol esterification reactions with fatty acids, analyzing conversion, selectivity, and stability over successive reuse cycles. Additionally, they were evaluated in other biomass valorization reactions, such as the production of 5-(ethoxymethyl)furfural (EMF) from fructose alcoholysis and the hydroxyalkylation/alkylation (HAA) reaction, demonstrating the versatility of the synthesized materials for the production of different biofuels.