estructura de hidrotalcita 1

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“OBTENCIÓN DE BIODIESEL SOBRE HIDROTALCITAS TIPO: MgAl, CoMgAl, NiMgAl y CuMgAl ASISTIDA POR RADIACIÓN DE Co 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 FEDERAL MATERIALES, AV . IPN S/N ZACATENCO, C.P . 07738, DISTRITO FEDERAL TOLUCA, ESTADO DE MÉXICO 2010

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Page 1: 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

Page 2: estructura de hidrotalcita 1

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.

Page 3: estructura de hidrotalcita 1

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.

Page 4: estructura de hidrotalcita 1

¿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.

Page 5: estructura de hidrotalcita 1

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:

Page 6: estructura de hidrotalcita 1

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.

Page 7: estructura de hidrotalcita 1

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

Page 8: estructura de hidrotalcita 1

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

Page 9: estructura de hidrotalcita 1

¿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 )()( ⋅− −+++−

Page 10: estructura de hidrotalcita 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

Page 11: estructura de hidrotalcita 1

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

Page 12: estructura de hidrotalcita 1

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

Page 13: estructura de hidrotalcita 1

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

Page 14: estructura de hidrotalcita 1

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 %

Page 15: estructura de hidrotalcita 1

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

Page 16: estructura de hidrotalcita 1

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.

Page 17: estructura de hidrotalcita 1

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

Page 18: estructura de hidrotalcita 1

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 %

Page 19: estructura de hidrotalcita 1

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.

Page 20: estructura de hidrotalcita 1

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.

Page 21: estructura de hidrotalcita 1

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