Hidrodesoxigenación del fenol con catalizadores de sulfuros trimetálicos

Abstract

In recent years, the rising costs of energy resources and the problem of climate change have brought interest to find other alternatives to the traditionally used energy. This has given guidelines to study hydrodeoxygenation (HDO) of oxygenated molecules to produce hydrocarbon derivatives with a higher calorific value. The HDO of phenol using a trimetallic catalyst NiMoW/Al2O3 having in mind to evaluate and characterize new alternatives to produce bio-fuels, in view of the imminent exhaustion of fossil fuels sources. The HDO can take place following two pathways: hydrogenation of the aromatic ring, followed by cleavage of Csp3-O bond (HYD) and direct cleavage of Csp2-O (DDO), producing the latter benzene. Both routes are carried out simultaneously while the HYD route predominates in the tested reaction, obtaining as main products cyclohexane, cyclohexene and methylcyclopentane, also some of cilohexanone and cyclohexanol were present. The catalyst had a 92% conversion of phenol, which corroborates the results obtained in the characterization of the material by BET, XRD, SEM and TEM techniques allowing us to rationalize the experimentally observed trends with catalytic activity. Based on the results of BET, mesoporous materials were obtained, which is an important feature in order to avoid diffusion problems during the HDO, since the detected pores are larger than phenol molecule and reaction products. Metal sulfides are dispersed uniformly in the catalyst. It is reflecting the poorly crystalline structure determined by X-ray diffraction patterns and low intensity in the Raman spectrum. The catalyst showed desirable textural properties (surface area and pore size distribution) which was reflected on the studied reaction with a high conversion.

En los últimos años, el encarecimiento de los recursos energéticos y el problema del cambio climático, han dado lugar a la búsqueda de fuentes de energía alternativas a las utilizadas tradicionalmente, esto ha dado pauta al estudio de la hidrodesoxigenación (HDO) de moléculas oxigenadas, para producir derivados hidrocarbonados con un alto nivel calorífico que nos puedan proporcionar una energía útil. La HDO de la molécula del fenol como compuesto modelo, se llevó a cabo utilizando un catalizador trimetálico NiMoW/Al2O3 con el objetivo de evaluar y caracterizar nuevas rutas alternativas para producir bio-combustibles, en vista del inminente agotamiento de combustibles fósiles. La HDO procede por dos vías: La hidrogenación del anillo aromático, seguido de la escisión del enlace Csp3-O (vía HYD, hidrogenación) y la escisión directa del enlace Csp2-O (vía DDO), donde se obtiene el benceno. Ambas rutas se llevan a cabo simultáneamente donde la vía de HYD es la que predomina en la reacción, obteniendo como productos finales el ciclohexano, ciclohexeno, y metilciclopentano, también se lograron identificar la cilohexanona y el ciclohexanol, en el seno de la reacción. El catalizador presenta una actividad catalítica del 92 % de conversión, lo cual corrobora los resultados obtenidos en la caracterización del material por las técnicas de BET, DRX, SEM y TEM, los cuales nos permiten racionalizar las tendencias observadas experimentalmente con la actividad catalítica. En base a los resultados de BET, se obtuvieron materiales mesoporosos característica importante para evitar problemas difusionales durante la reacción de HDO debido a que los poros son de mayor tamaño respecto a la molécula del fenol y a los productos de reacción. Los sulfuros metálicos se encuentran dispersos uniformemente en el catalizador, reflejo de ello es la estructura pobremente cristalina mostrada en los patrones de difracción de rayo X y la baja intensidad en el espectro Raman. Los catalizadores mostraron propiedades texturales deseables (área superficial, distribución y tamaño de poro) para la reacción estudiada, reflejo de ello es la actividad catalítica que presenta el catalizador.