Transformación de furánicos derivados de biomasa en compuestos aromáticos catalizada por materiales basados en Nb

Abstract

[ES] El presente Trabajo de Fin de Máster correspondiente al Máster Universitario de Química Sostenible se ha desarrollado en el Instituto de Tecnología Química (UPV-CSIC) dentro de la línea de investigación centrada en la valorización de derivados de biomasa en productos de interés industrial. La insostenibilidad de los recursos fósiles, así como el interés global por la implementación de los doce principios de la Química Verde, han impulsado una transición energética que busca sustituir de forma progresiva el petróleo por materias primas renovables para la producción más sostenible de energía, combustibles y productos químicos. En este sentido, la biomasa (y en particular la biomasa lignocelulósica) es considerada como fuente alternativa viable, especialmente para la obtención de productos químicos de alto valor añadido. En concreto, los compuestos aromáticos son productos químicos de gran interés en diversas aplicaciones cubriendo sectores de la petroquímica, la química fina, la síntesis de medicamentos y de polímeros, entre otros. Por ello, se están haciendo grandes esfuerzos en obtener estos compuestos de manera más sostenible. Con este propósito, y en base a resultados catalíticos previos obtenidos en el ITQ (UPV-CSIC), se han realizado ensayos preliminares con catalizadores sólidos ácidos de referencia basados en zeolitas (alumino-silicatos micro-porosos), en particular zeolita ZSM-5 (relación molar Si/Al = 13,7), así como óxidos metálicos mixtos basados en Nb y W con distintas composiciones. Seguidamente, para estudiar la influencia del Nb, se ha evaluado la actividad catalítica de óxidos mixtos de Nb y W conteniendo otros metales de transición (Zr y Ti). Estos catalizadores se han diseñado en el ITQ (UPV-CSIC), en colaboración con el grupo del Prof. José M. López Nieto. Finalmente, para estudiar la eficiencia de los mismos y la influencia del método de síntesis en la reacción de aromatización de furanos, se han realizado pruebas catalíticas con materiales análogos a los estudiados pero sintetizados vía co-precipitación. Estos últimos se han diseñado en el ITQ (UPV-CSIC), en el grupo del Prof. Marcelo Domine. En definitiva, el trabajo desarrollado en este proyecto muestra cómo, a partir de compuestos furánicos derivados de la biomasa mediante un proceso eficiente y sostenible utilizando catalizadores sólidos basados en materiales conteniendo niobio, se puede obtener compuestos plataforma de alto valor añadido, como el p-xileno.

[EN] This Master's Final Project corresponding to the University Master's Degree in Green Chemistry was developed at the Institute of Chemical Technology (UPV-CSIC) within the line of research focused on the valorization of biomass derivatives into products of industrial interest. The unsustainability of fossil resources, as well as the global interest in the implementation of the twelve principles of Green Chemistry, has promoted an energy transition that seeks to progressively replace oil with renewable raw materials for a more sustainable production of energy, fuels and chemicals. In this sense, biomass (in particular lignocellulosic biomass) is considered a viable alternative source, especially for obtaining high added value chemicals. Specifically, aromatic compounds are chemicals of great interest in various applications covering sectors of petrochemicals, fine chemistry, the synthesis of drugs and polymers, among others. Therefore, great efforts are being made to obtain these compounds in a more sustainable way. For this purpose, and based on previous catalytic results obtained at the ITQ (UPV-CSIC), preliminary tests have been carried out with reference solid acid catalysts based on zeolites (microporous alumino-silicates), in particular zeolite ZSM-5 (ratio molar Si / Al = 13.7), as well as mixed metal oxides based on Nb and W with various compositions. Next, to study the influence of Nb, the catalytic activity of mixed oxides of Nb and W containing other transition metals (Zr and Ti) has been evaluated. These catalysts have been designed and characterized at the ITQ (UPV-CSIC), in collaboration with the group of Prof. José M. López Nieto. Finally, to study their efficiency and the influence of the synthesis method on the aromatization reaction of furans, catalytic tests have been carried out with analogous materials to those studied but synthesized via coprecipitation. The latter have been designed and characterized at the ITQ (UPV-CSIC), in the group of Prof. Marcelo Domine. To sum up, the work developed in this project shows how high added value platform chemicals, such as p- xylene, can be obtained from furan compounds derived from biomass, through an efficient and sustainable process using solid catalysts based on Nb containing materials.