estructura de hidrotalcita 1

“OBTENCIÓN DE BIODIESEL SOBRE HIDROTALCITAS TIPO: Mg‐Al, Co‐Mg‐Al, Ni‐Mg‐Al y Cu‐Mg‐Al ASISTIDA POR RADIACIÓN DECo Mg Al, Ni Mg Al y Cu Mg Al  ASISTIDA POR RADIACIÓN DE 

MICROONDAS”

PRESENTA: OSWALDO DIAZ OLIVA                                     

I. A. CÓRDOVA, M.A. VALENZUELA, S.O. FLORES, F.J. ZARCO, S.P. PAREDES

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL, ESIQIE, LABORATORIO DE CATÁLISIS Y MATERIALES AV IPN S/N ZACATENCO C P 07738 DISTRITO FEDERALMATERIALES, AV. IPN S/N ZACATENCO, C.P. 07738, DISTRITO FEDERAL

TOLUCA, ESTADO DE MÉXICO 2010

ObjetivoObjetivo

• Sintetizar compuestos tipo hidrotalcitaSintetizar compuestos tipo hidrotalcitatrimetálicos con diferentes pares de cationesdivalentesdivalentes.

• Caracterizar la estructura de las hidrotalcitas ysus correspondientes óxidossus correspondientes óxidos.

• Evaluar la influencia de los óxidos trimetálicosl ió d ifi ió d ien la reacción de transesterificación de aceite

de canola.

IntroducciónIntroducción

A t l t l d b tibl fó ilActualmente las reservas de combustibles fósiles sehan reducido , una alternativa potencial para lasustitución de los combustibles fósiles son lossustitución de los combustibles fósiles son losbiocombustibles (bioetanol, biodiesel, biogas).

Los biocombustibles se obtienen a partir de fuentesrenovables, su impacto ambiental es menor y en un

áperiodo corto de tiempo sustituirán a los combustiblesfósiles.

¿Qué es el biodiesel?¿Qué es el biodiesel?El biodiesel es un biocombustible, constituido químicamentepor mezclas de ésteres metílicos de ácidos grasos (FAME) porsus siglas en inglés.

Obtención de biodieselObtención de biodieselEl biodiesel se obtiene por la reacción de transesterificación detriglicéridos o por la esterificación de ácidos grasos libres, ambasempleando alcoholes de cadena corta (MeOH, EtOH).

La reacción general es la siguiente:

Ventajas del BiodieselVentajas del Biodiesel

• Ciclo sustentable del Dióxido de Carbono lasCiclo sustentable del Dióxido de Carbono, lasemisiones son bajas y son captadas por lasplantasplantas.

• Mayor lubricidad respecto al Diesel depetróleo generando menor desgaste en lospetróleo, generando menor desgaste en losmotores.

T d i i ió• Temperatura de ignición mayor, sualmacenamiento y manejo es más seguro.

Procesos de producción de BiodieselProcesos de producción de Biodiesel

•Catálisis Homogénea

o Ácida (H2SO4, HCL)Á id d F i d l C f (AlCl3 F Cl3 BF3)o Ácida de Friedel Crafts (AlCl3, FeCl3, BF3)

o Básica (NaOH, KOH)

•Catálisis Heterogénea

o Arcillas Naturaleso Hidrotalcitaso Oxidos Mixtos

Catálisis Homogénea vs. HeterogéneaCatálisis Homogénea vs. Heterogénea

Catálisis Homogénea Catálisis HeterogéneaCatálisis Homogénea• Conversiones elevadas

• Tiempos cortos de reacción

Catálisis Heterogénea

• Conversiones menores• Tiempos largos de reacción

• No necesita condiciones extremas de reacción

• Proceso de separación

• En ocasiones requiere condiciones extremas

• Proceso de separación sin l d• Proceso de separación 

complejo, lavados

• Propiedades no modificables

lavados• Pueden controlarse sus 

propiedades• Catalizadores regenerables• Catalizadores no regenerables

• Reacciones paralelas

• Elevado impacto ambiental

• Catalizadores regenerables• Selectivos hacia la reacción 

principal• Menor impacto ambiental• Elevado impacto ambiental • Menor impacto ambiental

¿Qué son las Hidrotalcitas (CTH)?¿Qué son las Hidrotalcitas (CTH)?

• Son arcillas sintéticas hidróxidos laminaresSon arcillas sintéticas, hidróxidos laminares dobles, su fórmula general es:

[ ] OmHAOHMM nnx

xxx 2/232

1 )()( ⋅− −+++−

Características de las HidrotalcitasCaracterísticas de las Hidrotalcitas

• Alta área específicaAlta área específica

• Propiedades básicas

ió d ó id i• Formación de óxidos mixtos

• Efecto memoria

Aplicaciones de las HidrotalcitasAplicaciones de las HidrotalcitasSoportes de Catalizadores

Catalizadores

‐Hidrogenación

Catalizadores

‐Ziegler‐Natta

‐Complejos

‐NOxMedicina

A iá idHidrogenación

‐Polimerización‐Formación de CH4

‐Alquilación

NOx ‐Antiácido

‐Antipéptico

‐Estabilizador

CTHAdsorbentes

‐Estabilizador de PVC

Industria

T i dCTH‐Estabilizador de PVC

‐Trampas de Halógenos

‐Óxidos de azufre

‐Aguas Residuales

‐Tamizador molecular

‐Intercambiador iónico

Síntesis de HidrotalcitasSíntesis de HidrotalcitaspH=12.5 15 min.

X=0.3320% Co, Ni, Cu

873 K353 K

% , ,

873 K

CTH I II III IV

M+2 Mg Mg‐Ni Mg‐Co Mg‐Cu

M+3 Al Al Al Al

A‐ NO3 NO3 NO3 NO3

Caracterización de HidrotalcitasCaracterización de Hidrotalcitas

Los patrones de difracción de rayos X de los CTHcalcinadas de M+2-Mg-Al (M+2 = Co, Ni y Cu) sepresentan en la figurapresentan en la figura

Evaluación de HidrotalcitasEvaluación de Hidrotalcitas

Métodos de Calentamiento:Métodos de Calentamiento:‐ Reflujo

‐Microondas‐ Ultrasonido

Condiciones de Experimentación

Tiempo de Agitación 1 Hora

Tiempo de Irradiación 20 minutos

Relación Alcohol : Aceite 12 : 1

% Catalizador 5%

Potencia de Irradiación  80 %

Diseño ExperimentalDiseño ExperimentalMg‐Al

Tiempo de Irradiación

• 5 minutos• 10 minutos

Relación Aceite : Alcohol

6:1

12:1

% de Catalizador

* 5%

* 10%• 15 minutos• 20 minutos

12:1

18:1

* 10%

* 15%

Tiempo de Agitación

1 hora

Potencia de Irradiación

80 %

Condiciones óptimas

Co‐Mg‐Al, Ni‐Mg‐Al, Cu‐Mg‐Al

Identificación de ProductosIdentificación de Productos1744

14611438 1200

1169

Abs

orba

ncia

(u. a

.)

1438

c

d

Espectros de FT-IR de: a. Aceite de canola comercialb. Biodiesel en Mg-Alc. Biodiesel en Co-Mg-Al

2000 1800 1600 1400 1200 1000 800

A

N úm ero de onda (cm -1)

a

b d. Biodiesel en Ni-Mg-Al

N úm ero de onda (cm )

A 1744 cm‐1 aparece una intensa y fina banda que se atribuyeal grupo ν (C=O). En el intervalo de número de onda de 1169g p ( )– 1200 cm‐1 se exhibe la banda de mediana intensidad delgrupo ν (C‐O) del éster metílico de los ácidos oléico ylinoléicolinoléico.

Cuantificación de ConversionesCuantificación de Conversiones)(2100% 3OCHAConversión ∗

∗= −

)(3100%

2CHAConversión

α∗∗=

Espectro de RMN 1H Espectro de RMN 1HEspectro de RMN 1H Espectro de RMN 1Hde aceite de canola de biodiesel en Mg-Al

Conversiones AlcanzadasConversiones AlcanzadasCTH Estructura % de Ésteres

Metílicos

Mg-Al Óxido 51.5

Co/Mg Al Óxido 13Co/Mg-Al Óxido 13

Ni/Mg-Al Óxido 7

Cu/Mg-Al Óxido 5g

Condiciones de Experimentación Óptimas

Tiempo de Agitación 1 HoraTiempo de Agitación 1 Hora

Tiempo de Irradiación 20 minutos

Relación Alcohol : Aceite 18 : 1

% Catalizador 15%

Potencia de Irradiación  80 %

ConclusionesConclusiones

• Se sintetizaron catalizadores de CTH mediante elSe s tet a o cata ado es de C ed a te emétodo de construcción de las estructuras porirradiación de ultrasonido los cuales, sed f d fidentificaron por patrones de DRX e infrarrojoespectroscopía.L ti id d d l t li d l• La actividad de los catalizadores en latransesterificación del aceite de canola, dependedirectamente del contenido y tamaño de cristaldirectamente del contenido y tamaño de cristalde la periclasa formada durante la calcinación delos CTH.

ConclusionesConclusiones

• La radiación de microondas disminuyeLa radiación de microondas disminuyeconsiderablemente los tiempos de reacción dela transesterificación del aceite de canolala transesterificación del aceite de canola.

• La inclusión de los cationes divalentes de Co,Ni y de Cu en la estructura de los CTH tiene unNi y de Cu en la estructura de los CTH tiene unefecto detrimental sobre la conversión de latransesterificacióntransesterificación.

A d l b i d d l tAgradecemos el apoyo brindado por el proyecto SIP‐IPN‐11090