Valorización de biomasa mediante catálisis heterogénea: producción de biodiésel y furfural - Rubio Caballero, Juan Miguel (Universidad de Málaga, Servicio de Publicaciones y Divulgación Científica, 2014)
La ‘Biorrefinería’ es un conjunto de procesos dirigidos hacia la transformación de la biomasa en combustibles, energía y productos químicos, siendo las plataformas oleoquímica y de azúcares (C6 y C5) las de mayor interés industrial. La plataforma oleoquímica se basa principalmente en la transformación de triglicéridos en biodiésel, utilizándose industrialmente la reacción de transesterificación homogénea básica. Sin embargo, las dificultades exhibidas fomentan el desarrollo de nuevos catalizadores heterogéneos básicos. Por otra parte, la plataforma de azúcares supone un medio en la obtención de productos químicos mediante la lignocelulosa, destacando el furfural por su aplicabilidad. El furfural se obtiene de la reacción de deshidratación de D-xilosa, donde el uso de sólidos ácidos son una interesante alternativa medioambiental al proceso industrial. La reactividad del furfural es tema de estudio dentro del desarrollo de estrategias sintéticas de productos, siendo la reacción de acetalización un excelente método de protección del grupo aldehído. El objetivo de esta Tesis Doctoral es desarrollar y utilizar diferentes familias de sólidos inorgánicos ácidos y básicos en procesos catalíticos heterogéneos de interés dentro de las plataformas oleoquímica y de azúcares. Plataforma oleoquímica: Para la reacción de transesterificación se sintetizó cincato cálcico como precursor de una mezcla de CaO-ZnO, tras un tratamiento térmico a 400ºC en atmósfera inerte. Este catalizador exhibió una alta actividad catalítica tanto en la reacción de metanólisis como de etanólisis de aceite de girasol. Mientras en la reacción de metanólisis se alcanzó un rendimiento del 95% FAME, empleándose un 1% en peso de cincato con respecto el aceite, una relación molar metanol:aceite de 12:1, a 60ºC y 3 horas de reacción, para alcanzar un rendimiento similar en ésteres etílicos, se requirió de un 4% en peso de cincato, una relación etanol:aceite de 20:1, una temperatura de 78ºC y 3 horas. La presencia de elevadas concentraciones de ácidos grasos libres y agua tienen un efecto negativo en la producción de biodiésel, siendo necesaria una etapa previa de esterificación ácida de ácidos grasos libres. En este sentido, la resina Amberlyst-15 exhibió el mejor comportamiento catalítico, logrando disminuir 5º de acidez de un aceite vegetal hasta 0.23º, haciéndolo viable en la reacción de transesterificación. Plataforma azúcares: Los fosfatos metálicos mesoporosos de niobio, titanio y circonio, presentaron propiedades texturales y ácidas adecuadas para la reacción de deshidratación de D-xilosa, exhibiendo el fosfato mesoporoso de niobio, con un mayor diámetro de poro, el mejor rendimiento a furfural (60.8%) en condiciones optimas de reacción (170ºC, relación másica xilosa:catalizador 3:1 y 90 minutos). Además, este fosfato de niobio mostró el mejor comportamiento catalítico en los ensayos de reutilización. Por otra parte, varias zeolitas comerciales fueron empleadas en la reacción de acetalización de furfural con etanol para obtener el acetal. La zeolita H-USY(Si/Al= 6) fue la que exhibió el mejor rendimiento a acetal (80%) a 25ºC, después de una hora de reacción, empleando una relación másica catalizador:furfural de -FF 5.9% y un 4.3% en peso de furfural respecto al etanol. Además, este catalizador se reutilizó durante cinco ciclos catalíticos, sin disminuir su rendimiento.
Keywords: Energia de biomasa - Tesis doctorales; Transesterificación; Deshidratación; Acetal; Furfural; Biodiesel