Estudio de la actividad catalítica de óxidos de molibdeno y vanadio soportados sobre TiO2 para la valorización de etanol

Abstract

[ES] En los últimos años, el aumento descontrolado de emisiones de óxidos de carbono a la atmosfera, derivado en gran medida por el uso de combustibles fósiles, supone uno de los principales problemas a los que la sociedad se enfrenta. Con el objetivo de disminuir dichas emisiones, ha adquirido una especial relevancia el aprovechamiento de fuentes renovables, como es el empleo de la biomasa y derivados. Dentro de la biomasa, los alcoholes ligeros como el metanol y el etanol son de especial interés, pudiendo ser empleados tanto como combustibles (principalmente bioetanol) como materiales de partida para la obtención de productos químicos de interés (acetaldehído, ácido acético, acetato de etilo, etc¿).

Los catalizadores empleados habitualmente en la producción de acetaldehído, principalmente a partir de etileno (proceso Wacker), están basados en metales nobles como Pd, Pt ó Ag. Sin embargo, la oxidación parcial de (bio)etanol, empleando óxidos mixtos de molibdeno y/o vanadio, es una alternativa interesante, ya que dicha reacción presenta la ventaja de ser sencilla (one pot) y se puede llevar a cabo a temperaturas relativamente bajas (menores de 300ºC), con la consiguiente disminución en las emisiones de CO2. En el presenta trabajo se estudia la síntesis de catalizadores sólidos basados en óxidos de molibdeno y/o vanadio, soportados sobre TiO2 (anatasa, P-25), así como la caracterización fisicoquímica de los mismos mediante: difracción de rayos X (DRX), espectroscopías Raman y de dispersión de rayos X (EDX), reducción a temperatura programada (TPR) o adsorción de N2 (área BET). Por último, los catalizadores sintetizados y caracterizados serán estudiados en la deshidrogenación de etanol a acetaldehído en fase gas.

[EN] In the recent years, the uncontrolled increase in the emissions of carbon oxides to the atmosphere most of them due to the use of fossil fuels, represent one of the main problems that society faces. In order to reduce these emissions, the use of renewable sources, such as biomass and its derivatives has acquired special relevance. Within biomass, light alcohols such as methanol and ethanol are of special interest, being able to be used as both fuels (mainly bioethanol) and as raw materials to obtain chemical products of interest (acetaldehyde, acetic acid, ethyl acetate, etc., …). The catalysts commonly used in the production of acetaldehyde, mainly from ethylene (Wacker process), are based on noble metals such as Pd, Pt or Ag. However, the partial oxidation of (bio) ethanol, using mixed oxides of molybdenum and/or vanadium, is an interesting alternative, since said reaction has the advantage of being simple (one pot) and can be carried out at relatively low temperatures (less than 300⁰C), with the consequent reduction in CO2 emissions. The present work studies the synthesis of solid catalysts based on molybdenum and/or vanadium oxides, supported on TiO2 (anatase, P-25), as well as their physicochemical characterization by: Xray diffraction (XRD), Raman and X-ray scattering (EDX) spectroscopies, temperature programmed reduction (TPR) or N2 adsorption (BET surface area). Finally, the synthesized and characterized catalysts will be studied in the dehydrogenation of ethanol to acetaldehyde in the gas phase.

[CA] En els últims anys, l'augment descontrolat d'emissions d'òxids de carboni a l'atmosfera, derivat en gran mesura per l'ús de combustibles fòssils, suposa un dels principals problemes a què la societat s'enfronta. Amb l'objectiu de disminuir aquestes emissions, ha adquirit una especial rellevància l'aprofitament de fonts renovables, com és l'ús de la biomassa i derivats. Dins de la biomassa, els alcohols lleugers com el metanol i l'etanol són d'especial interès, podent ser emprats tant com a combustibles (principalment bioetanol) com materials de partida per a l'obtenció de productes químics d'interès (acetaldehid, àcid acètic, acetat d'etil, etc.). Els catalitzadors emprats habitualment en la producció d'acetaldehid, principalment a partir d'etilè (procés Wacker), estan basats en metalls nobles com Pd, Pt o Ag. No obstant això, l'oxidació parcial de (bio) etanol, emprant òxids mixtes de molibdè i/o vanadi, és una alternativa interessant, ja que aquesta reacció presenta l'avantatge de ser senzilla (one-pot) i es pot dur a terme a temperatures relativament baixes (menors de 300 °C), amb la consegüent disminució en les emissions de CO2. Al present treball s'estudia la síntesi de catalitzadors sòlids basats en òxids de molibdè i/o vanadi, suportats sobre TiO2 (anatasa, P-25), així com la caracterització fisicoquímica dels mateixos mitjançant: difracció de raigs X (DRX), espectroscòpies Raman i de dispersió de raigs X (EDX), reducció a temperatura programada (TPR) o adsorció de N2 (àrea BET). Finalment, els catalitzadors sintetitzats i caracteritzats seran estudiats a la deshidrogenació d'etanol a acetaldehid en fase gas.