Preparación y caracterización de catalizadores nanodispersos de Ag y CaO soportados sobre alúmina para la mitigación de acidez en bio-oils

Abstract

En este trabajo se estudia la preparación y caracterización de catalizadores nanodispersos de Ag y CaO soportados para la reacción de eliminación de acidez de bio-oils obtenido por pirólisis de biomasa. Los catalizadores metálicos se prepararon por medio de la técnica de impregnación a humedad incipiente en dos niveles de concentración de plata, al 1 y al 10% p/p, y se caracterizaron mediante diversas técnicas de caracterización (DRX, SEM-EDS, TEM, BET y TPR). Para la reacción de remoción de acidez se utilizó como molécula modelo el ácido acético (AcOOH), por ser el compuesto ácido en mayor proporción en la mezcla de bio-oil típica. La reacción se llevó a cabo en un reactor batch a alta presión (2,8 Kg/cm2 y 4Kg/cm2) a una temperatura de 200°C durante 2 h y se cargaron 370 mg de catalizador y 30mL de una solución 1%p/v de AcOOH en decano. La muestra de salida de reacción se filtró para separar los productos líquidos de los sólidos. La presencia de reactivos y productos de reacción presentes en la fase líquida se analizó por medio de ensayos de cromatografía gaseosa con un equipo SHIMADZU GC-2014 provisto con un detector de ionización en llama (FID), mientras que los productos presentes en las muestras sólidas se caracterizaron mediante FTIR y DRX. Los resultados de caracterización de los catalizadores muestran por DRX la fase cristalina Ag°. El sistema CaO-Al presenta un área superficial de 145m2/g. Además, se observa por TEM que el tamaño de partícula promedio para los catalizadores 1Ag/CaO-Al y 10Ag/CaO-Al es de 2,9 nm y 4,1 nm respectivamente (Ver figura 1). Estos resultados evidencian la obtención de catalizadores nanodispersos. Sobre el catalizador que contiene 1% de Ag las nanopartículas se encuentran más dispersas y tienen un tamaño promedio menor que las soportadas en el catalizador de 10% de Ag. Los resultados catalíticos muestran que todos los catalizadores presentan actividad para la eliminación de AcOOH. El sistema CaO-Al presenta alrededor de 77% de eliminación de AcOOH para ambas presiones de trabajo. La fase metálica contribuye considerablemente a la actividad, alcanzándose un valor de 94,4% de eliminación de AcOOH con el catalizador 1Ag/CaO-Al y de 97,5% con el catalizador 10Ag/CaO-Al a la menor presión de trabajo. En fase líquida no se hallaron productos de reacción y mediante el análisis de la fase sólida, compuesta por el catalizador más productos, se evidenció que todos los catalizadores inicialmente aportan sitios para un proceso de adsorción superficial disociativa del ácido. Luego, el catalizador CaO-Al promueve la cetonización pirolítica incipiente generando acetato másico. En cambio, el catalizador de 1Ag/CaO-Al favorece la vía de cetonización catalítica produciendo intermediarios de reacción que a mayor temperatura podrían generar acetona dando como reacción secundaria productos de condensación aldólica. En el caso del catalizador de 10Ag/CaO-Al se produce una situación intermedia dónde coexisten los procesos de cetonización pirolítica y la catalítica. La fase metálica plata promueve la actividad y en concentraciones al 1%p/p orienta la reacción hacia productos de condensación aldólica como óxido de mesetilo debido a que la fase metálica está más dispersa sobre la superficie.