Catalizadores híbridos bifuncionales para la valorización química de biomasa
- Autores: Cristina Megías Sayago
- Directores de la Tesis: José Antonio Odriozola Gordon (dir. tes.), Svetlana Ivanova (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Sevilla ( España ) en 2017
- Idioma: español
- Número de páginas: 350
- Tribunal Calificador de la Tesis: Antonio Monzón Bescós (presid.), María Isabel Domínguez Leal (secret.), Sonia Alexandra Correia Carabinero (voc.), José Manuel López Nieto (voc.), Louis Benoit (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ciencia y Tecnología de Nuevos Materiales por la Universidad de Extremadura y la Universidad de Sevilla
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: Idus
- Resumen
El concepto de biorrefinería, aunque conocido desde finales del siglo pasado , ha sido objeto de numerosas definiciones durante la última década . Según la Agencia Internacional de Energía (Bioenergía, apartado 42), biorrefinería hace referencia al procesado sostenible de biomasa con el fin de obtener un amplio abanico de bioproductos comercializables (compuestos químicos, materiales y comida apta para consumo humano y animal) y bioenergía (combustibles, energía y/o calor) . Aunque son ya varias las empresas que procesan biomasa , principalmente de origen vegetal, el desarrollo de nuevos procesos orientados a la obtención eficiente de combustibles y compuestos plataforma ha llamado especialmente la atención en la última década, tanto dentro de la comunidad científica como industrial. Y es que, aunque en la actualidad no pretenden reemplazar a los combustibles fósiles, el agotamiento inminente de estas reservas está imponiendo la necesidad de desarrollar alternativas eficientes que permitan, en un plazo relativamente corto, disminuir el porcentaje de dependencia directa de la sociedad actual.
En este ámbito, el desarrollo de catalizadores eficientes y fácilmente reciclables, que no se vean afectados por las impurezas presentes en la materia prima y permitan trabajar en continuo, es sumamente importante . Una de las principales limitaciones es el desarrollo de catalizadores multifuncionales que puedan aplicarse en reacciones “en cascada”, es decir, en reacciones sucesivas, lo cual permitiría la intensificación de procesos . En cualquier caso, la combinación efectiva de catalizadores homogéneos y heterogéneos en reacciones que involucran muchos pasos también es una opción deseada y viable en la actualidad … Varios POMs y tres líquidos iónicos se han seleccionado con el fin de proporcionar el conjunto de sitios activos necesarios para las reacciones de transformación de glucosa que van a abordarse durante este proyecto de investigación. Así, por ejemplo, la epimerización de glucosa necesita centros ácidos de Lewis, la oxidación de glucosa/HMF catalizadores con buenas propiedades redox y la deshidratación de Glucosa/Fructosa la combinación de centros ácidos de Lewis y Brönsted. Con este propósito, se han seleccionado polioxometalatos basados en Mo (alto potencial de oxidación, carácter ácido de Lewis y acidez de Brönsted fuerte), en una combinación de Mo y V, para mejorar las propiedades redox y W, que posee una mayor fuerza ácida. Estas propiedades, combinadas con la de tres líquidos iónicos distintos, dan lugar a materiales multifuncionales avanzados, cuya combinación de aniones y cationes, permite llevar a cabo un estudio exhaustivo en el que se evalúe tanto la influencia del tipo de anión como de catión.
Por todo lo descrito anteriormente, esta tesis doctoral está dedicada a la aplicación de materiales híbridos basados en POMs y ILs en reacciones de transformación de glucosa a distintos compuestos de elevado valor. El principal objetivo de esta tesis es, por tanto, elaborar sistemas catalíticos multifuncionales que sean capaces de participar en reacciones de tipo cascada, partiendo de glucosa como molécula plataforma.
La tesis está organizada en seis capítulos. En el capítulo uno se presenta una introducción general y se sientan las bases que motivan la realización de la investigación en este ámbito.
El capítulo dos está dedicado a la descripción de las diferentes técnicas experimentales utilizadas tanto para caracterizar los materiales como para evaluar la actividad catalítica. En el capítulo tres, se expone la síntesis y caracterización estructural de los híbridos, incluyendo la estructura y parámetros cristalográficos de los tres híbridos basando en el ácido fosfomolíbdico. El capítulo cuatro recoge todos los resultados de actividad catalítica de los catalizadores mencionados en tres procesos distintos: la epimerización de glucosa amanosa, la oxidación de glucosa a ácido glucónico y la deshidratación de glucosa/fructosa a HMF. En todos los casos, la estructura sigue una introducción (en la que se explica detenidamente el proceso y se exponen los resultados y catalizadores más relevantes), una parte experimental, un apartado de resultados (donde se realiza la discusión extensa de los mismos), y finalmente una sección dedicada a las conclusiones más relevantes. Derivado de los resultados obtenidos en este capítulo, aparecen los capítulos cinco y seis. Ante la ineficiencia de los híbridos en reacciones de oxidación, se propone la búsqueda de catalizadores de oxidación alternativos, que puedan aplicarse de forma eficiente tanto en la reacción de oxidación de glucosa como en la de HMF. En este contexto, se introducen catalizadores de oro soportado, cuya síntesis y caracterización se presenta en el capítulo cinco. En este último pueden diferenciarse dos partes: i) la primera, dedicada a la síntesis y caracterización de catalizadores de oro sobre distintos soportes oxídicos a través de un método optimizado, el cual permite obtener nanopartículas de tamaños similares, y ii) la segunda, dedicada a la síntesis y caracterización de catalizadores de oro soportado sobre carbón. En este caso, el método de preparación no está optimizado por lo que, a partir de la variación de ciertos parámetros de la síntesis, se obtiene una batería de 11 muestras con distintos tamaños de partícula. En el capítulo seis, los dos grupos de catalizadores son evaluados en dos reacciones, la oxidación de glucosa y la oxidación de HMF. En ambos casos, se presentan los resultados tras evaluar, entre otros parámetros de reacción, cuál es la influencia del soporte y del tamaño de partícula.
