Aplicación de nanomateriales para la valorización de recursos biomásicos

Abstract

En esta tesis doctoral se desarrolla la síntesis y caracterización de tamices moleculares nanoestructurados MCM-41 modificados con cobre y vanadio. Estos materiales fueron evaluados en las reacciones de oxidación catalítica heterogénea de limoneno y ácido ferúlico, a partir de residuos biomásicos, para la obtención de compuestos de interés industrial. La funcionalización del soporte MCM-41 con metales de transición fue realizada mediante intercambio ion-agente plantilla (TIE), un método simple de modificación de la matriz porosa que permite la incorporación/deposición de especies metálicas con elevada dispersión. Los sólidos se caracterizaron textural y fisicoquímicamente usando una amplia variedad de técnicas, a mencionar: DRX, adsorción-desorción de N2 a 77 K, SEM, absorción atómica, ICP-OES, UV-vis RD, XPS, FT-IR, FTIR-Py y RTP. Los materiales sintetizados con cobre fueron evaluados en las reacciones de oxidación en fase líquida de limoneno a derivados oxigenados, utilizando oxidantes verdes como peróxido de hidrógeno (H2O2) y t-butil hidroperóxido (TBHP). En base a estos resultados se propusieron mecanismos de reacción para interpretar la vía de formación de cada producto. Luego, en función de los productos oxigenados obtenidos en cada caso y su utilización industrial, se seleccionó el H2O2 como mejor oxidante. Por otro lado, se optimizó energéticamente el método TIE y se sintetizaron nuevos catalizadores. Estos sólidos se contrastaron con aquellos sintetizados por el método original, teniendo en cuenta las características fisicoquímicas de los materiales y su desempeño catalítico en la oxidación de limoneno y ácido ferúlico con H2O2. El método optimizado se empleó para sintetizar los sólidos modificados con vanadio. Estos materiales demostraron ser más activos que los modificados con cobre en la oxidación de limoneno con H2O2. Sin embargo, presentaron baja estabilidad en el medio de reacción por lixiviado. Así, se propuso la síntesis de un material bimetálico por impregnación con titanio que presentó buena actividad catalítica y estabilidad mejorada. En todos los casos, los resultados de las técnicas de caracterización fueron correlacionadas en detalle con el desempeño catalítico de los sólidos.