Nanoarcillas sintéticas para ser empleadas en la valorización de glicerol a carbonato de glicerilo

Abstract

El biodiesel se considera una alternativa verde para reducir las emisiones de carbono. Su producción está acompañada de un 10% en peso de glicerol como subproducto, por lo que resulta factible que pueda ser utilizado como materia prima renovable para favorecer económicamente el proceso. La conversión catalítica de glicerol hacia productos de mayor valor agregado, como el carbonato de glicerilo es una opción atractiva porque es una sustancia considerada como un sustituto verde de importantes compuestos derivados del petróleo como carbonato de etileno o carbonato de propileno. Además, presenta numerosas aplicaciones como disolvente polar de alto punto de ebullición, agente humectante para arcillas cosméticas y como disolvente para activos medicinales y productos de cuidado personal, etc. Una alternativa sustentable para producirlo es la transesterificación entre el glicerol y un alquil carbonatoempleando catalizadores sólidos, encondiciones suaves de proceso. Dentro de los materiales asequibles para ser utilizados como catalizadores heterogéneos surgen los óxidos mixtos derivados de las nanoarcillas aniónicas sintéticas. Estos materiales presentangran interés por la posibilidad de nano-diseño a medida, control de accesibilidad a sitios activos y muy bajocosto de síntesis. En este plan de tesis se sintetizarán arcillas aniónicas de Mg y Al, modificadas con Li, Cs, Ni, Zn, Cu, etc., con el fin de aumentar su actividad y selectividad para ser empleados en la valorización de glicerol para obtener carbonato de glicerilo, empleando procesos amigables con el medio ambiente.

Biodiesel production is accompanied by 10 wt.% of glycerol as a by-product. Thus, the use of glycerol as a renewable raw material could be an economical advantage to the process. The catalytic conversion of glycerol to a higher value-added product such as glyceryl carbonate is an attractive option. Glyceryl carbonate is considered a green substitute for important petroleum-derived compounds. In addition, it has numerous applications in the chemical, pharmaceutical and cosmetic industries. The transesterification reaction between glycerol and an alkyl carbonate is a sustainable alternative when solid catalysts such as mixed metal oxides derived from synthetic anionic nano-clays are evaluated, along with under mild reaction conditions and without solvent employment. The great interest in the use of these materials is due to the possibility of custom nano-design, accessibility control to active sites and very low cost synthesis. The Mg and Al oxides with Cu incorporated in different loads were synthesized by the coprecipitation method. The materials were characterized physicochemically by TPD-CO2, FTIR and XPS and evaluated in the reaction between glycerol and ethylene. All samples with Cu incorporated showed significant activity to selective glyceryl carbonate production. Those catalytic performances could be attributed to the strong basicity on the surface combined with the acid sites presence of the materials. The most active catalyst was oxide with 25% Cu content with 91.9% glycerol conversion and 99.2% selectivity to glyceryl carbonate.