Catalizadores basados en Ru-Cu soportados en TiO2 para la hidrogenación de palmitato de metilo con obtención de alcohol cetílico

Abstract

Perú ha introducido una ley para promover el uso de biocombustibles con el objetivo de aumentar el empleo y fortalecer el desarrollo agrícola. El negocio del biodiesel en el Perú básicamente está limitado a la producción del biodiesel de palma aceitera empleándolo para el aumento de producción del diésel o para la exportación. El empleo del biodiesel directamente como combustible tiene muchas limitaciones debido a su composición de metil esteres de cadena larga que a bajas temperaturas cristalizan generando problemas en los motores. Para generar nuevas formas de aplicación del biodiesel de aceite de palma la catálisis heterogénea mediante el uso de catalizadores metálicos da las herramientas para obtener el alcohol cetilico como nuevo valor agregado. Por lo que en esta investigación se trabajó con palmitato de metilo, metil éster el componente mayoritario del biodiesel de aceite de palma. Con este objetivo, se investigó una serie de catalizadores basados en Cu-Ru/TiÜ2 para la hidrogenación de palmitato de metilo. En el análisis de los catalizadores podemos mencionar que el Ru presenta buenas propiedades hidrogenantes y el Cu como aditivo ha mostrado efectos ácidos interesantes. Se trabajó con el soporte TiÜ2 sintetizado por el método sol-gel donde se pudo obtener una mejor área superficial respecto al TiÜ2 comercial. La preparación de catalizadores Cu- Ru/TiÜ2 se realizó por el método de impregnación húmeda incipiente, donde la relación de porcentaje en masa (%w) Cu:Ru se varió entre 2 y 12%. Los análisis XRD, FTIR y Raman de caracterización mostraron que los catalizadores tienen una estructura cristalina, principalmente de fase anatasa, donde también se pudo verificar la presencia de Ru (EDS), Cu y las fases de CuÜ y Cu2Ü. Se logró estudiar la influencia del contenido de Ru y la variación de la cantidad de agregado de Cu como promotor. Se evidenció que a una mayor carga metálica de cobre permitió disminuir la cantidad de sitios ácidos debido a la formación de fases de CuÜ y Cu2Ü. En la actividad catalítica se observó cambios según la cantidad total de sitios ácidos de Bronsted, pero también revelo que la adición de Cu a Ru/TiÜ2 genera un efecto sinérgico adecuado entre las fases de Cu, Ru, CuÜ y Cu2Ü formadas. Entre todos los catalizadores probados el catalizador 5Cu-2Ru/TiÜ2 exhibió la mayor selectividad hacia el alcohol cetílico (del orden de 17%) con un nivel de conversión del 20% debido a que posee más sitios ácidos de Bronsted.

Peru presented a law to promote the use of biofuels with the aim of increasing employment and strengthening agricultural development. The biodiesel business in Peru is basically limited to the production of oil palm biodiesel, using it to increase diesel production or for export. The use of biodiesel directly as fuel has many limitations due to its composition of long-chain methyl esters that crystallize at low temperatures, generating problems in engines. To generate new forms of application of palm oil biodiesel, heterogeneous catalysis through the use of metal catalysts gives us the tools to obtain cetyl alcohol as a new added value. Therefore, in this research we worked with methyl palmitate, methyl ester and the majority component of palm oil biodiesel. With this objective, a series of Cu-Ru/TiÜ2-based catalysts for the hydrogenation of methyl palmitate were investigated. In the analysis of the catalysts, we can mention that Ru has good hydrogenating properties and Cu as an additive has shown interesting acid effects. We worked with the TiÜ2 support synthesized by the sol-gel method where it was possible to obtain a better surface area compared to the commercial TiÜ2. The preparation of Cu-Ru/TiÜ2 catalysts was carried out by the incipient wet impregnation method, where the mass percentage ratio (W%) Cu:Ru was varied between 2 and 12%. The XRD, FTIR and Raman characterization analyzes showed that the catalysts have a crystalline structure, mainly anatase phase, where the presence of Ru (EDS), Cu and the CuÜ and Cu2Ü phases could also be verified. It was possible to study the influence of the Ru content and the variation of the amount of Cu added as a promoter. It is evident that a greater metallic load of copper allowed a reduction in the amount of acid sites due to the formation of CuÜ and Cu2Ü phases. Changes in the catalytic activity were observed depending on the total amount of Bronsted acid sites, but it is also revealed that the addition of Cu to Ru/TiÜ2 generates a suitable synergistic effect between the Cu, Ru, CuÜ and Cu2Ü phases formed. Among all the catalysts tested, the 5Cu-2Ru/TiÜ2 catalyst exhibited the highest selectivity towards cetyl alcohol (of the order of 17%) with a conversion level of 20% due to having more Bronsted acid sites.