Desarrollo de catalizadores de cobre soportados en arcillas naturales y evaluación de los mismos en la reacción de deshidrogenación de metanol a formiato de metilo

Abstract

El desarrollo creciente de la tecnología impone cada vez más, la necesidad de realizar transformaciones partiendo de compuestos sencillos y de bajo costo (CO, C02, CH4, CH30H, etc.), y convirtiéndolas en sustancias con alto valor añadido. Entre todos estos compuestos, el metanol es uno de los productos que se ha estudiado e investigado más intensamente en la última década (1). Además de su alta producción industrial (16 millones de toneladas en 1986), su demanda ha sido también dirigida hacia nuevas áreas, tal corno la energética y la química fina; y es precisamente en este último campo en el que se pretende centrar este trabajo de investigación. En la figura 1, se muestra un esquema de las posibilidades de aplicación más utilizadas del metanol. Una de las reacciones más interesantes es la conversión de metanol en gasolina, utilizando catalizadores zeolíticos, que es uno de los temas más tratados dentro de la química del C, (compuestos conteniendo una sola molécula de carbono). La reacción de conversión se puede representar por: n/2[2CH3OH <==> CH3OCH3 + H2O] —> CnH2n —> n [CH2] (1) donde [CH2] es la fórmula promedio de una mezcla de hidrocarburos parafínicos y aromáticos. En esta reacción de deshidratación, el metanol pasa inicialmente a una mezcla en equilibrio con dimetil éter (DME) y agua; la posterior deshidrogenación favorece la formación de olefinas, las cuales se transforman en hidrocarburos aromáticos y parafinas en la etapa final. La naturaleza del catalizador es de primordial importancia en esta reacción. Así, los primeros trabajos publicados en este campo fueron realizados por la compañía Mobil Corporation (2,3), aplicando zeolitas tipo ZSM-5. Mediante este proceso se sintetizaron olefinas (C2-C4) e hidrocarburos aromáticos (C6-C10), con altas conversiones y rendimientos. En posteriores trabajos (4,5,6) se ha profundizado en el conocimiento y la síntesis de varios tipos de zeolitas, y la forma de modificar la selectividad de estas para la formación de ciertos productos más específicos. Ono et al. (7), encontraron que la introducción de cationes de zinc o galio en una zeolita ZSM-5, incrementaba apreciablemente la selectividad hacia hidrocarburos aromáticos. Kikuchi et al. (8), describieron un método para sintetizar zeolitas del tipo ZSM-5, que dio alto rendimiento en alquenos de bajo número de carbonos. Ellos también encontraron que la selectividad hacia los alquenos se incrementaba cuando se aumentaba la proporción Si02/Al203 en la zeolita ZSM-5. La reacción de homologación del metanol para obtener etano, fue estudiada por Hidai y col. (9,10), utilizando como promotor ioduro de metilo y como catalizador una mezcla de metales de transición del tipo Na [RuCo3 (C0) 12]. Trabajando bajo condiciones de reacción relativamente suaves (453-483 K, CO/H2 =1/2, presión inicial = 120 Kg/cm2 a temperatura ambiente); ellos mostraron que el rendimiento y la selectividad hacia la producción de etano estaba relacionada con la concentración del ioduro de metilo, y con la temperatura de reacción. Otros productos químicos obtenidos a partir del metanol son el isopreno y el tolueno. El primero de ellos se obtiene por reacción del metanol con 1-buteno (5,11), y el segundo a partir de la alquilación del benceno con metanol (11). También en este campo, se han realizado investigaciones para obtener por descomposición catalítica del metanol, monóxido de carbono e hidrogeno o mezcla de ambos (11,12,13). Otra reacción de gran interés industrial es la conversión de metanol en formiato de metilo, ya que este producto se emplea como materia prima en la producción de ácido acético, dimetil formamida, acetona, monóxido de carbono, etc. (14,15,16).