Actividad y selectividad de catalizadores de iridio soportados en titania, ceria y y alumina en la hidrogenación del crotonaldehido en un reactor continuo

Abstract

La aplicación de catalizadores heterogéneos en la hidrogenación selectiva de compuestos carbonílicos insaturados es una etapa esencial para la producción industrial de fármacos perfumes y fragancias. Una de las tendencias actuales en la hidrogenación de aldehídos αβ-insaturados es la posibilidad de aplicar diferentes sistemas que conduzcan a la hidrogenación selectiva en posición carbonílica. Sistemas basados en metales no nobles soportados se han estudiado con el objeto de obtener catalizadores altamente eficaces para la hidrogenación selectiva. La hidrogenación catalítica del enlace olefinico en compuestos carbonílicos insaturados es fácilmente alcanzada en condiciones suaves usando una gran variedad de catalizadores. La hidrogenación preferente del enlace C=C es favorecida por la menor energía de enlace. La hidrogenación del crotonaldehído constituye una interesante reacción modelo por la competitividad en la saturación del enlace C= C con el C= O en posición conjugada. La hidrogenación de aldehídos αβ-insaturados a alcoholes insaturados es una importante etapa en la preparación de agentes químicos útiles en la industria de fármacos y procesamiento de alimentos. Este proceso es alcanzado solamente si se utilizan catalizadores con propiedades específicas. La formación de sitios selectivos superficiales sobre el catalizador ha resultado ser crucial para la hidrogenación preferente C=O. Las interacciones metal-soporte son unos de los mecanismos de promoción del enlace C=O más estudiados en catalizadores de Ir soportados en titania, particularmente, la reducción a altas temperaturas en atmósfera de hidrógeno activó las muestras a estado SMSI (interacciones fuertes metal-soporte) que han traído como consecuencia un aumento sustancial en la selectividad C= O. Se ha estudiado en trabajo previo la influencia del tratamiento térmico de reducción de catalizadores de Ir soportados en titania en la hidrogenación selectiva del enlace C= O del crotonaldehído en un reactor de pulso, pero la pregunta por resolver es si realmente otros soportes como la ceria y la y-alúmina podrían promover del mismo modo que la titania la hidrogenación selectiva en posición carbonílica. El objetivo central de este trabajo es revelar el efecto de promoción de la hidrogenación C= O del crotonaldehído del tratamiento térmico de reducción de los catalizadores de Ir soportados en titania, ceria Y ϒ-alúmina mediante la relación de su eficiencia en la reacción en un reactor continuo de lecho fijo con los métodos de su caracterización (BET, TPR, XRD) y condiciones experimentales de preparación. Se han preparado catalizadores de Ir soportados en titania, ceria y ϒ-alúmina por el método de impregnación a humedad incipiente, secados a 373 K por 12 h, calcinados a 773 K por 12 h y finalmente reducidos en condiciones LTR (573 K por 2 h) y HTR (723 K por 2 h) para luego realizar los ensayos de la reacción a 373 K. Las muestras después de los tratamientos térmicos han presentado una morfología diferente y la formación de especies reducidas y de fase metálica se ha observado según los espectros XRD y TPR de los catalizadores. Los catalizadores de Ir soportados en titania, ceria y ϒ-alúmina han manifestado una tendencia sostenida a la desactivación con el tiempo presentando actividad residual. El mayor contenido metálico favoreció la selectividad C=O para las muestras de Ir soportadas en titania, sin embargo, para las muestras soportadas en ceria y y-alúmina el aumento en la carga metálica no presentó el mismo comportamiento. La hidrogenación del crotonaldehído en atmósfera de hidrógeno puro para los catalizadores de Ir soportados en titania ha favorecido la actividad y selectividad, mientras que en su contraparte (en ceria y ϒ-alúmina) en condiciones similares no se obtuvo una mejora en la selectividad. Los resultados de los experimentos seleccionados en este trabajo revelaron una clara influencia de la intensidad de las interacciones metal-soporte en la hidrogenación C=O del crotonaldehído sobre diferentes soportes metálicos siendo mayor su magnitud en las muestras de Ir soportadas en TiO2, seguido del CeO2 y finalmente de ϒ-Al2O3.