Uso de CO₂ en la hidroformilación de etileno en condiciones heterogéneas utilizando catalizadores de Ru soportado en nanotubos de titanatos

Chávez Mulsa, Alejandra (2018) Uso de CO₂ en la hidroformilación de etileno en condiciones heterogéneas utilizando catalizadores de Ru soportado en nanotubos de titanatos. Maestría thesis, Universidad Autónoma de Nuevo León.

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Resumen

En este trabajo se propone el uso de rutenio soportado en nanotubos de titanatos (NaTNT) como catalizadores en la reacción de hidroformilación de etileno en condiciones heterogéneas para la producción de propanal. Los NaTNT fueron sintetizados por el método hidrotérmico y caracterizados por las técnicas XRD, Raman, FT-IR, SEM cuyos resultados confirmaron la formación de nanotubos multicapa con estructura cristalina (Na2Ti3O7), abiertos en ambos extremos y con ~10 nm de diámetro y longitudes mayores a 100 nm. Los resultados de TGA revelaron la alta estabilidad térmica de este nanomaterial, mientras que con la técnica de fisisorción de nitrógeno (BET-BJH) se determinó el área superficial y el volumen de poro de los NaTNT, obteniendo un valor de 195 m2 /g y 0.574 cm3 /g respectivamente. Por otra parte, se sintetizaron catalizadores de Ru/NaTNT por los métodos impregnación (IMP), impregnación modificada (IM) y deposición- precipitación (DP). Los resultados de caracterización por reducción a temperatura programada (TPR) demostraron la presencia de átomos de Ru con diferentes estados de oxidación, en diferentes ambientes químicos y diferencias en la interacción metal-soporte dependiendo del método de preparación. En las pruebas catalíticas se observó que los tres tipos de catalizadores son activos para la hidrogenación de etileno, pero sólo el catalizador Ru/NaTNT IM fue activo en la hidroformilación de etileno para la producción del compuesto de interés (propanal) a temperaturas moderadas (70-150 °C) y presión atmosférica. Este catalizador fue caracterizado por TEM, cuyos resultados muestran la deposición de pequeñas partículas de Ru (~0.8 nm de diámetro) altamente dispersas sobre la superficie de los NaTNT, los estudios de espectroscopia Raman confirmaron un fuerte interacción entre las partículas de Ru y los NaTNT. Además, este catalizador se estudió en condiciones de reacción por espectroscopia infrarroja (IR) en modo reflectancia difusa (DRIFTS). Los resultados de DRIFTS permitieron identificar diferentes especies superficiales en el soporte y en los sitios de Ru, confirmando el carácter bifuncional del catalizador. Contribuciones y conclusiones: Por medio de las diversas técnicas de caracterización se confirmó la formación de nanotubos de titanatos por el método hidrotermal. Dicho material se utilizó como soporte en la síntesis de catalizadores de Ru soportado, con tres metodologías diferentes. Sin embargo, sólo el catalizador de Ru/NaTNT IM fue el que mostró actividad en la hidroformilación de etileno, así como en la hidrogenación e isomerización de éste. Esto se puede atribuir a la presencia de pequeñas partículas de Ru distribuidas uniformemente sobre la superficie y a la promoción de la disociación del CO2 por los iones Na+ en el soporte. El uso de DRIFTS en condiciones de reacción permitió la identificar especies que se proponen como intermediaros y la aparición de estas especies se relacionó con la actividad de los catalizadores en las pruebas catalíticas. Algunas especies activas se identificaron en el soporte (e.g., carbonatos, propanal adsorbido) mientras que otras se activan en los sitios de Ru (e.g., Ru-CO, Ru-CH3CH2, Ru-CO-CH2CH3). Los resultados obtenidos son de gran importancia, debido a que es el primer trabajo reportado en donde se lleve la reacción de hidroformilación en condiciones heterogéneas.

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