Synthesis, characterization and catalytic activity of uio-66-nh2 in the levulinic acid esterification

Abstract

Como resultado de la explotación masiva del petróleo y su agotamiento, el estudio de materias primas alternativas para reacciones orgánicas provenientes de biomasa, es una tendencia de investigación en la actualidad. En este contexto, el presente trabajo plantea la reacción catalítica de esterificación del ácido levulínico, molécula plataforma, con etanol. Para ello se han sintetizado compuestos del tipo MOF UiO-66-NH2, con circonio como precursor metálico y ácido aminotereftálico como agente ligante orgánico, empleando una ruta alternativa de síntesis, con condiciones más favorables desde el punto de vista económico y ambiental. Se propone el uso de disolventes alternativos para la síntesis, reemplazando la dimetilformamida por un 25, 50 y 75% de acetona. Las propiedades fisicoquímicas de los materiales se evaluaron por DRX, SEM, FTIR, XPS, MP-AES, medición de acidez y adsorción de N2 para comprender su estructura cristalina, morfología y estructura porosa. El progreso de la reacción se siguió por cromatografía gaseosa y espectroscopia de masas. El MOF50% mostró una selectividad a producto deseado de 51.34% y un valor de TON (moles de producto/mol de Zr en el catalizador) de 14.2 en condiciones óptimas, minimizado la masa de catalizador y promoviendo un proceso más económico y eco-compatible.

The massive use of petroleum and its depletion promoted current research trend to the study of alternative raw materials from biomass for organic reactions. In this context, the present work studied the catalytic reaction of esterification of levulinic acid, platform molecule, with ethanol. The MOF type compounds UiO-66-NH2 have been synthesized. Zirconium was incorporated as metal precursor together with 2-aminoterephthalate acid as an organic binding agent. An alternative route of synthesis was proposed using more favorable conditions since an economic and environmental point of view, replacing dimethylformamide by 25, 50 and 75% acetone as substitute solvent. The physicochemical properties of the materials were evaluated by XRD, SEM, FTIR, XPS, MP-AES and N2 adsorption to understand its crystalline structure, morphology and porous structure. The progress of the reaction was followed by gas chromatography and mass spectroscopy. The MOF50% showed a 51.34% of selectivity to the desired products and 14.2 of the turn over number (TON) (moles of product/moles of Zr in the catalyst) by optimal conditions, minimizing catalyst mass and promoting a more economical and eco-friendly process.