Preparación de catalizadores basados en Ru-Ni soportados en γ-Al2O3 para la hidrogenación de palmitato de metilo y conversión a alcohol cetílico

Abstract

El alcohol cetílico, es un alcohol sólido de 16 carbonos utilizado en diferentes industrias como aditivo en productos de cuidado personal como lociones y cremas para la piel. Su fuente natural son las ballenas, que para su extracción se requiere su sacrificio. Para evitar esto se ha propuesto obtenerlo a partir de la hidrogenación catalítica del aceite palmitato de metilo extraido el aceite de palma. En el presente trabajo se realizó el estudio de catalizadores rutenio - níquel soportados sobre γ-Al2O3 en la hidrogenación de palmitato de metilo. El empleo del metal noble tiene por finalidad obtener centros hidrogenantes, mientras que el uso del níquel como promotor catalítico persiguió mejorar la selectividad al alcohol cetílico, además de ser un metal relativamente barato. Los Ru-Ni/γ-Al2O3 se prepararon por coprecipitación-adsorción a pH = 8, el precipitado formado se secó a 80 °C y se activo en flujo de H2 a 300°C, durante 3 h. Para llevar a cabo la reacción de hidrogenación, se usó un estándar de palmitato de metilo como sustrato de reacción disuelto en dodecano y 200 mg de catalizador. La reacción catalítica de hidrogenación del palmitato de metilo se realizó en un reactor batch a 260 °C, 800 PSI de H2 y 800 rpm de agitación. El tiempo de reacción en la mayoría de los catalizadores fue de 15 h, tomando muestras del reactor y analizándolas por cromatografía de gases para evaluar la conversión y la selectividad a alcohol cetílico durante el tiempo de reacción. Los efectos analizados en la conversión y selectividad a alcohol cetílico fueron: la relación molar de los metales en el catalizador, y el efecto promotor del Ni en la selectividad a alcohol cetílico,la modificación de la temperatura de reacción de 260 a 220°C y el método de síntesis del catalizador por precipitación en comparación con impregnación húmeda. La curva de conversión y selectividad del catalizador monometálico soportado Ru/Al sintetizado por precipitación, presentó una alta conversión cercana al 95% de palmitato, pero una selectividad menor al 1% de alcohol cetílico. Sin embargo, la introducción del Ni en el sistema Ru-Ni aumentó dráscticanente la selectividad a alcohol cetílico como lo mostró el catalizador bimetálico soportado 4%Ru2Ni1/Al CI preparado por impregnación humeda que alcanzó una selectividad de 15%, debido posiblemente a la interacción entre Ru0 y las especies de níquel con el soporte, como lo muestra el perfil TPR, la formación de especies ácidas de fuerza intermedia y la formación de especies reducibles sobre la superficie del catalyzador evidenciado por la facilidad de adsorción de hidrógeno.

Cetyl alcohol is a solid 16-carbon alcohol used in different industries as an additive in personal care products such as lotions and skin creams. Its natural source is whales, which for their extraction requires their sacrifice. To avoid this, it has been proposed to obtain it from the catalytic hydrogenation of the methyl palmitate oil extracted from palm oil. In this work, the study of ruthenium-nickel catalysts in the hydrogenation of methyl palmitate was carried out. The use of the noble metal is intended to obtain hydrogenating centers, while the use of nickel as a catalytic promoter sought to improve the selectivity to cetyl alcohol, in addition to being a relatively cheap metal. The catalysts supported in γ-Al2O3 were prepared by the coprecipitation-adsorption method at pH = 8, the precipitate formed was dried at 80 ° C and activated in H2 flow at 300 ° C, for 3 h. To carry out the hydrogenation reaction, a methyl palmitate standard was used as the reaction substrate dissolved in dodecane and 200 mg of catalyst. The catalytic hydrogenation reaction of methyl palmitate was carried out in a 260 °C batch reactor, 800 PSI of H2 and 800 rpm of stirring. The reaction time in most catalysts was 15 h, taking samples from the reactor every 2 h and analyzing them by gas chromatography to evaluate the conversion and selectivity to cetyl alcohol during the reaction time. The effects analyzed in the conversion and selectivity to cetyl alcohol were: the molar ratio of the metals in the catalyst, and the Ni promoting effect on the selectivity to cetyl alcohol, the modification of the reaction temperature from 260 to 220 °C and the method of catalyst synthesis by precipitation compared to wet impregnation. The conversion and selectivity curve of the Ru/Al supported monometallic catalyst synthesized by precipitation showed a high conversion close to 95% palmitate;however, a selectivity of less than 1% cetyl alcohol. The introduction of Ni into the Ru-Ni system dramatically increased selectivity to cetyl alcohol as shown by the supported 4%Ru2Ni1/Al_CI bimetal catalyst prepared by wet impregnation which reached a selectivity of 15%, possibly due to the interaction between Ru0 and the nickel species with the support, as shown by the TPR profile, the formation of acidic species of intermediate force and the formation of reducible species on the catalyst surface evidenced by the ease of hydrogen adsorption.