Nanopartículas de óxido de silicio y aluminio para la producción de 5-hidroximetilfurfural desde galactosa

Abstract

El problema del calentamiento global, fuentes de recursos fósiles limitadas y amenazas de desabastecimiento empujan al desarrollo de nuevos métodos de obtención de recursos procedentes de fuentes renovables, tales como la biomasa. La biomasa procedente de las algas presenta diferentes carbohidratos en su composición que pueden transformarse, mediante deshidratación en presencia de catalizadores, en 5-hidroximetilfurfural (HMF), una molécula plataforma muy estudiada por su potencial en el campo de los materiales poliméricos y biocombustibles. En este trabajo, se exponen los resultados obtenidos con nanopartículas de sílice y aluminio mesoporosas, que muestran prometedores rendimientos de HMF desde galactosa, un monosacárido abundante en muchas algas. Las nanopartículas con diferente relación Si/Al poseen un diámetro entre 300 y 100 nm. Su estructura porosa facilita la difusión de los reactivos y productos en el proceso de deshidratación, con un núcleo de silicio y una corteza de aluminio, tal y como puede apreciarse en las imágenes de EDX. Los datos texturales revelan que la mayor parte del área superficial de las nanoesferas corresponde a mesoporos, lo que minimiza las limitaciones difusionales en el proceso catalítico. La menor área superficial se obtiene con el catalizador con menor relación Si/Al. Los análisis muestran que estos materiales son activos en el proceso de deshidratación de galactosa y se puede alcanzar un 40% de rendimiento en HMF. Más elevadas concentraciones de aluminio en el material proporcionaron una mayor actividad en la conversión de galactosa y rendimiento en HMF a tiempos cortos, pero los resultados para los diferentes catalizadores tienden a igualarse a tiempos más largos. Tras 7 horas de reacción, se consume casi la totalidad de la galactosa inicialmente presente y el balance de carbono se reduce a valores entre 60 y 40% del inicial debido a la formación de polímeros solubles e insolubles en el medio de reacción.