estructura de hidrotalcita 1
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“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
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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.
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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.
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¿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.
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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:
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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.
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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
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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
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¿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 )()( ⋅− −+++−
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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
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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
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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
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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
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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 %
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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
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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.
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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
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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 %
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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.
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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.
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A d l b i d d l tAgradecemos el apoyo brindado por el proyecto SIP‐IPN‐11090