Químico de RUDN University descubrió un método para producir biocombustible de 4 a 10 veces más eficiente utilizando una matriz de silicio y heteropoliácidos

Una de las principales líneas de investigación en reciclaje es la creación de biocombustible. En la mayoría de los casos, la lignocelulosa se utiliza como materia prima, por ejemplo, residuos secos de la agricultura, industria maderera y de papel. Uno de los componentes de la lignocelulosa es el hidroximetilfurfural (HMF), de este se obtienen éteres, que pueden utilizarse como combustible ecológico. Un químico de RUDN University desarrolló un andamio molecular, o xerogel, basado en los heteropoliácidos con estructura Preyssler. Esto aumenta la eficiencia de producción de éteres de 4 a 10 veces.

«El HMF es una molécula pequeña con una gran demanda industrial. La esterificación (producción de éteres) de HMF es un área importante de investigación, ya que estos éteres se utilizan como combustible y precursores de moléculas complejas. Intentamos optimizar la esterificación de HMF usando un xerogel de silicio, el cual contiene heteropoliácidos», expresó Rafael Luque, PhD, jefe del Centro de Investigación «Diseño Molecular y Síntesis de Compuestos Innovadores para la Medicina», RUDN University.

Los éteres de HMF se obtienen bajo la interacción de alcoholes. Los investigadores usaron butanol. Los ácidos de estructura tipo Preyssler se usan por lo general como catalizador en tales reacciones, acelerando la reacción por sí mismos, pero un grupo de químicos de RUDN University descubrió un método para aumentar su actividad. Para esto, los investigadores crearon un xerogel de dióxido de silicio al cual le aplicaron ácidos de estructura tipo Preyssler. Las moléculas de ácido fueron distribuidas sobre el andamio molecular del xerogel y, esto aumentó el área de contacto del catalizador y el HMF. Como resultado, el xerogel de silicio aumentó la conversión de la reacción (la cantidad de HMF que reacciona) y la selectividad de la reacción, es decir, la cantidad de éter que se produce.

Experimentalmente, los químicos determinaron los parámetros óptimos de la reacción: una temperatura de 100 ℃ y una relación HMF-butanol de 1:3. En estas condiciones, la conversión alcanzó el 89% y la selectividad, el 73%. En comparación, los ácidos de estructura tipo Preyssler «puros» dan una selectividad del 8% al 23%. Por lo tanto, gracias al complejo catalítico se necesita menos de la sustancia inicial para obtener la misma cantidad de éter. Esto ayudará a reducir los costos de energía y de producción. Además, después de la aplicación, el xerogel se puede enjuagar con alcohol etílico y volverse a usar hasta 5 veces. En este caso, la conversión y selectividad luego de 5 ciclos de uso se reducen a solo 50% y 60%, respectivamente.

«Los parámetros óptimos calculados se pueden incluso utilizar en reacciones similares en las que el HMF reacciona con otros alcoholes. Así, es posible obtener éteres con una variedad de estructuras, los cuales se utilizan como combustible y sustancias iniciales para moléculas complejas», explicó Rafael Luque, PhD, jefe del Centro de Investigación "Diseño Molecular y Síntesis de Compuestos Innovadores

Los resultados fueron publicados en la revista Molecular Catalysis.