image: RUDN University chemists proposed a new way to synthesize catalysts for the conversion of ethyl alcohol. The obtained materials are promising catalysts for the selective conversion of ethanol, which is an important stage in the development of an alternative technology for obtaining valuable chemical synthesis products based on plant raw materials. view more
Credit: RUDN University
Unos químicos de RUDN University han propuesto una nueva forma de sintetizar catalizadores para la conversión de alcohol etílico. Los materiales obtenidos son prometedores catalizadores para la conversión selectiva de bioetanol. Esta es una etapa importante en el desarrollo de una tecnología alternativa para la obtención de valiosos productos de síntesis química a partir de materias primas vegetales. Los resultados de la investigación fueron publicados en Catalysis Today.
El bioetanol es alcohol etílico que se obtiene a partir de productos vegetales, por fermentación de biomasa de residuos industriales o agrícolas. Se utiliza como combustible ecológico a diferencia de la gasolina. Pero esta no es su única opción de uso, el etanol se puede convertir en acetaldehído, etoxietano y otros compuestos químicos de gran demanda en la industria. Para desencadenar tales reacciones químicas, se requieren catalizadores altamente eficientes. Sin embargo, los catalizadores existentes contienen metales nobles y, por lo tanto, su uso es demasiado costoso. Así, unos químicos de RUDN University han propuesto nuevos catalizadores basados en aluminio y circonio, modificados con cobre.
"Los mejores catalizadores para la conversión de etanol se basan en óxidos promocionados con metales nobles. Sin embargo, son bastante costosos. Una opción más asequible son los catalizadores con cobre como fase activa, pero aún no se ha encontrado la mejor opción entre ellos. Se requieren mejoras para garantizar una alta conversión y selectividad de la reacción con la ayuda de estos catalizadores, es decir, dejar la menor cantidad posible de etanol sin convertir y al mismo tiempo obtener las sustancias necesarias, y no subproductos", comentó Anna Zhukova, Doctora en Ciencias Químicas, profesora del Departamento de Química Física y Coloidal de RUDN University.
La química junto con su equipo combinaron dos métodos para aumentar la eficiencia de los catalizadores y así crear acetaldehído. Primero, combinaron óxidos de varios metales (aluminio, cerio y circonio) en unos nanocompuestos. Los investigadores sintetizaron cinco tipos de polvos con diferentes proporciones de óxidos. Una serie de cinco tipos de sustancias fue preparada a una temperatura relativamente baja de 180 °C, y la segunda fue calentada a 950 °C. Esto hizo posible formar diferentes estructuras en los materiales. Las muestras calcinadas presentaron un gran diámetro y volumen de poros.
La segunda idea fue agregar cobre. Se agregó una solución acuosa de nitrato de cobre a todos los polvos, luego se secaron a temperatura ambiente y se expusieron a una corriente de hidrógeno a una temperatura de 400 °C. Después, los catalizadores terminados fueron probados en la reacción de deshidrogenación de vapores de etanol. Los colocaron en una capa delgada sobre un filtro poroso, y luego se suministró vapor de alcohol en un flujo de helio. La reacción se llevó a cabo en un rango de temperaturas entre 240 °C y 360 °C.
Todos los nanocompuestos mostraron actividad catalítica, sin embargo las variables de conversión y selectividad fueron diferentes. A una misma temperatura, pero con diferentes catalizadores, el rendimiento de acetaldehído estuvo entre el 32% y el 95% y la fracción de etanol usado entre el 17% y el 57%. La mayor parte del producto se obtuvo utilizando catalizadores con un 5% de óxido de aluminio en la composición.
"Las muestras de catalizadores a base de cobre con un 5% de óxido de aluminio mostraron la mayor selectividad en todo el rango de temperatura utilizado. Hemos determinado que la composición mixta de óxidos crea las condiciones para la formación de centros de reacción a partir de iones de cobre con diferentes cargas en la superficie del catalizador. La mejor opción en la síntesis del catalizador es utilizar una mezcla de óxidos con bajo contenido de aluminio y calcinarlos a 950 °C", dijo Anna Zhukova, Doctora en Ciencias Químicas, profesora del Departamento de Química Física y Coloidal de RUDN University.
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Catalysis Today