Evaluación catalítica de óxidos mixtos de Cu(Co)-Mg/Al en la producción de butanol a partir de etanol
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Resumen
El presente trabajo aborda la evaluación catalítica de óxidos mixtos derivados de hidrotalcitas para la producción de 1-butanol a partir de etanol mediante la reacción de Guerbet. La investigación surge en un contexto de creciente interés por sustituir procesos petroquímicos convencionales, como el proceso OXO, por rutas más sostenibles. En este sentido, la comprensión del proceso Guerbet resulta necesaria para la obtención de compuestos de alto valor agregado, como el butanol, un alcohol de interés industrial debido a sus propiedades fisicoquímicas y su potencial como precursor químico.
El trabajo integra un análisis experimental y computacional orientado a comprender la relación entre la composición de los catalizadores y su desempeño catalítico. Para ello, se sintetizaron hidrotalcitas con incorporación de cobre y cobalto, cuya descomposición térmica dio lugar a óxidos mixtos con altas áreas superficiales, distribución homogénea de cationes y propiedades ácido-base y redox dependientes de la composición. Estos factores son determinantes en los procesos de deshidrogenación, condensación aldólica e hidrogenación involucrados en la reacción de Guerbet.
Los resultados muestran que la incorporación de Cu2+ y Co2+ modifica significativamente las propiedades fisicoquímicas de los sólidos, favoreciendo la activación del etanol y la formación de alcoholes de mayor peso molecular. Asimismo, el estudio computacional permitió comprobar que la reducción del cobre favorece la estabilización de los intermediarios de reacción y la deshidrogenación del etanol, además de proponer interacciones superficiales relevantes para comprender el mecanismo de reacción. (Texto tomado de la fuente)
Abstract
This work examines the catalytic performance of hydrotalcite-derived mixed oxides in the synthesis of 1-butanol from ethanol via the Guerbet reaction. This research is situated within the broader context of increasing interest in substituting traditional petrochemical processes, such as the OXO process, with more sustainable alternatives. In this context, a comprehensive understanding of the Guerbet process is crucial for the production of high-value-added compounds like butanol, an alcohol of significant industrial interest due to its physicochemical properties and its potential as a chemical platform molecule.
The study integrates experimental and computational analyses aimed at understanding the relationship between catalyst composition and catalytic performance. For this purpose, hydrotalcites containing copper and cobalt were synthesized, and their thermal decomposition led to mixed oxides with high surface areas, homogeneous cation distribution, and acid-base and redox properties dependent on composition. These factors are determinant in the dehydrogenation, aldol condensation, and hydrogenation steps involved in the Guerbet reaction.
The results show that the incorporation of Cu2+ and Co2+ significantly modifies the physicochemical properties of the solids, promoting ethanol activation and the formation of higher molecular weight alcohols. Furthermore, the computational study demonstrated that copper reduction favors both the stabilization of reaction intermediates and ethanol dehydrogenation, while also allowing the proposal of relevant surface interactions to better understand the reaction mechanism.
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