Transformación catalítica de la glicerina, subproducto en la obtención de biodiésel, en productos de interés en Química Fina e Industrial

Abstract

La presente Tesis Doctoral abarca la síntesis y caracterización de catalizadores con diferentes propiedades, texturales y ácidas, y su posterior aplicación en reacciones de valorización de la glicerina, como son la deshidratación para la obtención de acroleína o la eterificación con tert-butanol para la obtención de éteres que son empleados como aditivos al diésel y al biodiesel. Además, en dichas reacciones se ha evitado el empleo de disolventes con el fin de preservar los principios de la Química Sostenible. En el trabajo “Production of acrolein from glycerol in liquid phase on heterogeneous catalysts” se ha sintetizado un fosfato de aluminio amorfo mediante un método sol-gel simple y económico y se ha calcinado a dos temperaturas diferentes, 450 y 650 ºC. Los dos sólidos han sido exhaustivamente caracterizados y testados en la reacción de deshidratación de la glicerina para obtener acroleína, en fase líquida. Además del fosfato de aluminio, se han empleado también, a modo comparativo, dos zeolitas comerciales, HY y H-ZSM-5, esta última con dos relaciones diferentes de SiO2/Al2O3. En el trabajo “Etherification of glycerol with tert-butyl alcohol over sulfonated hybrid silicas” se ha llevado a cabo la puesta a punto de la reacción de eterificación de la glicerina con tert-butanol, empleando para ello un catalizador comercial ampliamente utilizado en reacciones que requieren la presencia de centros ácidos fuertes, como es la Amberlita-15, que es un poliestireno, entrecruzado con divinilbenceno, con grupos sulfónicos en su estructura. Además de esta Amberlita-15, se han probado una serie de sílices hibridas funcionalizadas con grupos sulfónicos. Estas sílices híbridas, sintetizadas por miembros del Grupo de Investigación FQM-346, fueron obtenidas mediante un método de post-oxidación de puentes tetrasulfuro presentes en los materiales. Los resultados obtenidos empleando las sílices híbridas han sido comparados con los obtenidos empleando la Amberlita-15. En el trabajo “Microwave-assisted etherification of glycerol with tert-butyl alcohol over amorphous organosilica-aluminum phosphates” se ha reportado la síntesis novedosa de una serie de silicoaluminofosfatos amorfos con grupos sulfónico en su estructura mediante un método sol-gel. Para ello, se empleó una sal de aluminio (AlCl3·6H2O), ácido fosfórico y un compuesto organosilano. Las diferentes variables de síntesis que se estudiaron fueron, la relación molar Al/P en la mezcla inicial, la cantidad de compuesto organosilano añadido, la temperatura de calcinación (250 y 310 ºC) y el tipo de compuesto organosilano. Se emplearon dos distintos, uno de ellos que incorpora el grupo organosulfónico directamente en la estructura del sólido y, el otro, que incorpora un grupo organotiol que, posteriormente, es oxidado para obtener el grupo organosulfónico. Los sólidos sintetizados fueron empleados en la reacción de eterificación de la glicerina con tert-butanol empleando microondas como medio de calefacción. Además, a modo comparativo se empleó también calefacción convencional. Además de lo indicado anteriormente, la reacción de acetalización de la glicerina con acetona, para obtener solketal, ha sido también objeto de estudio. Asimismo, durante una estancia de 3 meses realizada en el “Department of Inorganic Chemistry and Catalysis” de la Universidad de Utrecht, Holanda se estudió la reacción de eterificación de la glicerina con n-butanol. En cuanto a estas dos últimas reacciones, a pesar de que se han obtenido resultados prometedores, algunos de los cuales se han presentado en diferentes Congresos, un estudio con mayor profundización es necesario, con el objetivo de obtener mejores rendimientos a los productos de interés.