Obtención selectiva de butanodioles a partir de materias primas renovables

Abstract

En esta tesis se estudió la obtención selectiva de butanodioles (BDOs) mediante la pérdida de dos grupos OH de la molécula de eritritol mediante C-O hidrogenólisis empleando catalizadores bimetálicos soportados. Existen cuatro isómeros butanodioles: 1,2-, 1,3-, 1,4- y 2,3-butanodiol, que en la actualidad se obtienen por diferentes vías empleando reactivos derivados del petróleo como acetileno. En este trabajo se empleó Ir como metal hidrogenolítico y Re como promotor óxido, analizando el efecto del soporte tanto en las especies metálicas superficiales formadas como en su desempeño catalítico en la reacción estudiada, siendo: SiO2, Al2O3, carbón, CeO2, TiO2 y ZrO2 los soportes seleccionados. Las técnicas de caracterización de sólidos utilizadas fueron: TPR, XPS, XAFS y TEM, entre otras. Los resultados catalíticos permitieron identificar cuatro rutas de transformación del eritritol: isomerización, deshidratación, rupturas de enlaces C-O y enlaces C-C. Se estudió el efecto del promotor Re y del soporte empleando Ir como metal hidrogenolítico. El catalizador más activo y selectivo a la formación de BDOs fue Ir-Re/TiO2 con Re mayoprmente como Re+IV, con partículas pequeñas con íntimo contacto entre ambos metales, obteniéndose un rendimiento máximo del 53% en 24h. Utilizando TiO2 como soporte y Re como promotor se evaluaron diferentes condiciones de reacción y de síntesis tales como metal hidrogenolítico (Ir, Rh y Ru), co-catalizador ácido, relación molar Re/Ir, temperatura de reducción, entre otros. Además, se estudió el efecto de las variables operativas, se determinaron los parámetros cinéticos, y se propusieron mecanismos de reacción.

In this thesis, the selective obtaining of butanediols (BDOs) was studied through the loss of two OH groups from the erythritol molecule through C-O hydrogenolysis using supported bimetallic catalysts. There are four butanediol isomers: 1,2-, 1,3-, 1,4- and 2,3-butanediol, which are currently obtained by different routes using reagents derived from petroleum such as acetylene. In this work, Ir was used as a hydrogenolytic metal and Re as an oxide promoter, analyzing the effect of the support (SiO2, Al2O3, carbon, CeO2, TiO2 and ZrO2) on the surface metal species formed and on its catalytic performance in the studied reaction. The solids were characterizated by differents techniques such as: ICP, N2 adsorption, DRX, TPD NH3, TPD CO2, TPR, XPS, XAFS, TEM and CO chemisorption. The catalytic results show four routes for erythritol transformation: isomerization, dehydration, C-O and C-C bond breaks. The effect of Re promoter and support was studied using Ir as the hydrogenolytic metal. The most active and selective catalyst for the formation of BDOs was Ir-Re/TiO2 with Re mostly as Re+IV, with small particles with intimate contact between both metals, obtaining a maximum yield of 53% in 24h. Using TiO2 as support and Re as promoter, different reaction and synthesis conditions were evaluated, such as hydrogenolytic metal (Ir, Rh and Ru), acid co-catalyst, Re/Ir molar ratio and reduction temperature. In addition, the effect of the operative variables was studied, the kinetic parameters were determined, and reaction mechanisms were proposed.