Síntesis y evaluación de catalizadores bifuncionales de zirconia sulfatados como alternativa para la transesterificación y ramificación de ácidos grasos del aceite de palma

Abstract

Resumen El biodiesel ha sido propuesto como el principal reemplazo del diésel convencional, por lo cual su producción se ha incrementado en los últimos años. El principal inconveniente técnico de este biocombustible es que no presenta un comportamiento adecuado en ambientes fríos. Con el fin de mejorar las propiedades de flujo en frío del biodiesel, la síntesis de esteres alquílicos de ácidos grasos ramificados mediante catálisis heterogénea ha demostrado buenos resultados mejorando las mismas sin afectar significativamente otras propiedades. Teniendo en cuenta lo anterior, se propuso la síntesis, caracterización y uso de zirconia sulfatada impregnada con paladio como catalizador heterogéneo sobre triglicéridos con ácidos grasos saturados e insaturados característicos del aceite de palma para llevar a cabo la reacción de transesterificación y ramificación de las cadenas carbonadas. El catalizador fue preparado partiendo de hidróxido de zirconio, como precursor de zirconia, y sulfato de amonio, como agente sulfonante, seguido de impregnación por humedad incipiente y reducción de ácido cloropaládico, el cual fue caracterizado por Espectroscopía infrarroja con transformada de Fourier (FT-IR), Difracción de rayos X (DRX), Microscopía electrónica de barrido con espectroscopía de energía dispersiva de rayos X (SEM-EDX), Desorción a temperatura programada con amoniaco (TPD-NH3), y fisisorción de nitrógeno. Debido a los tratamientos aplicados se obtuvo catalizadores mesoporosos, con área superficial hasta 72 m2/g y acidez fuerte, facilitando el arribo y adsorción de los ácidos grasos a los sitios activos de carácter ácido y del metal. La reacción de transesterificación y ramificación de cadenas carbonadas fue llevada a cabo simultáneamente a condiciones de temperatura de 100 °C, tiempo de reacción 195 min, relación molar de aceite y alcohol 1:17, cantidad de catalizador 5 %wt, a presión constante de 8,16 atm, y sus resultados se comparan al utilizar catalizador de zirconia sulfatada con y sin paladio. Los productos de la reacción fueron caracterizados mediante Resonancia Magnética Nuclear (RMN), con lo cual se logra determinar la eficiencia del catalizador en llevar a cabo tanto la transesterificación de los triglicéridos del aceite de oleína de palma, así como la ramificación de sus cadenas carbonadas, por lo que puede ser utilizado como catalizador bifuncional, específicamente como una alternativa para mejorar las propiedades del biodiesel obtenido con este catalizador. A partir de lo anterior, se recomienda para investigaciones futuras realizar un estudio detallado de las propiedades de flujo en frío del producto obtenido, y comparar con el diésel convencional que actualmente se utiliza como combustible.

Abstract: Biodiesel has been proposed as the main replacement for conventional diesel, so its production has increased in recent years. The main technical drawback of this biofuel is that it doesn’t exhibit adequate behavior in cold environments. In order to improve the cold flow properties of biodiesel, the synthesis of chemical stereotypes of branched fatty acids by heterogeneous catalysis has shown that the results are better than others. Taking into account the above, we proposed the synthesis, characterization and use of sulfated zirconia impregnated with palladium as a heterogeneous catalyst on triglycerides with saturated and unsaturated fatty acids characteristic of palm oil to carry out the reaction of transesterification and branching of carbon chains. The catalyst was prepared starting from zirconium hydroxide, as a precursor of zirconia, and ammonium sulfate, as sulfonating agent, followed by incipient wetness impregnation and reduction of chloropaladic acid, which was characterized by FT-IR, DRX, SEM, EDX , TPD-NH3, and nitrogen sortometry. Because the treatments, mesoporous catalysts, with surface area up to 72 m2/g and high acidity were obtained, facilitating the arrival and adsorption of triglycerides to the active sites of acid character and metal. The reaction of transesterification and branching of the carbon chains was carried out simultaneously at a temperature of 100 ° C, a reaction time of 195 min, a molar ratio of oil and alcohol 1:17, a quantity of catalyst 5% wt, at a constant pressure of 120 psi, and their results are comparable when using sulfated zirconia catalyst with and without palladium. The products of the reaction were characterized by RMN, which achieves the efficiency of the catalyst in carrying out as well as transesterification of triglycerides of palm olein oil, as well as the branching of its carbon chains, so it can be used as a bifunctional catalyst, specifically as an alternative to improve the cold flow properties of biodiesel. From the above, it is recommended for future research a very detailed study in each of the properties of cold flow of the product obtained, and with this, it is compared with the conventional diesel that currently uses as fuel.