Hidrogenación de furfural sobre catalizadores ir/nb2o5. estudio cinético

HIDROGENACIÓN DE FURFURAL SOBRE CATALIZADORES Ir/Nb2O5. ESTUDIO CINÉTICO
HYDROGENATION OF FURFURAL ON Ir/Nb2O5 CATALYST STUDY KINETIC
JONATHAN MIGUEL BAUTISTA GALLARDO

RESUMEN: Se estudió la cinética de hidrogenación de furfural sobre el catalizador Ir/Nb2O5 que presenta el efecto SMSI (Fuerte interacción metal soporte). Se examinaron el efecto de diferentes parámetros de reacción comoconcentración inicial en el rango de 0,025 a 0,1 M, presión parcial en el rango de 0,48 MPa a 0,98 Mpa, temperatura de 353 a 393 K y peso del catalizador de 0,1 a 0,4 g. Se encontró una alta selectividad hacía el alcohol insaturado, (alcohol furfurílico), que es el producto más importante de esta reacción. Solventes alcohólicos producen trazas de acetales, especialmente de 2,6 dietil-acetal. Lasvelocidades iniciales de la hidrogenación de furfural con respecto al estudio de la presión y concentración se incrementaron linealmente con la masa del catalizador, lo que demuestra la ausencia de fenómenos de transporte. La cinética de la reacción se representó con un modelo Langmuir-Hinshelwood (LH) con un solo tipo de sitio activo. La adición de un átomo de hidrógeno sobre la molécula orgánicademostró ser la etapa determinante de la reacción, ajustándose a los datos experimentales.
PALABRAS CLAVE: Hidrogenación, Nb2O5, cinética, furfural, SMSI.
ABSTRACT: Kinetics of furfural hydrogenation over Ir/Nb2O5 catalyst with SMSI effect (Strong Metal Support Interaction) was studied. The effect of different parameters such as initial concentration (0,025 to 0,1 M), H2 pressure partial (0,48 to0,98 MPa), temperature (353 to 393 K) and catalyst loading (0,1 to 0,4 g) were examined. A high selectivity towards unsaturated alcohol (furfuryl alcohol) using this catalyst was demonstrated. The effect of solvent also was studied. The alcoholic solvents produces acetals traces, especially 2,6-diethyl-acetal. The initial rates of furfural hydrogenation increased linearly with the catalystloading, indicating absence of mass transfer effects. The reaction kinetics was represented by a LangmuirHinshelwood model (LH). A single site Langmuir-Hinshelwood type model suggesting the addition of a hydrogen atom on the organic molecules as the rate determining step provided the best fit of the experimental data.
KEYWORDS: Hydrogenation, furfural, Nb2O5, kinetics, SMSI.

1. INTRODUCCIÓN
EnCatálisis heterogénea, metales y metales soportados son usados para disminuir la energía de activación favoreciendo la rapidez de una reacción química. De acuerdo al tipo de catalizador y a los fenómenos asociados a éste, se puede obtener de manera selectiva productos específicos, por lo general de mayor valor agregado, que son aplicados en la industria química. Un ejemplo lo constituye lahidrogenación de furfural (figura 1). El principal producto de esta reacción es el alcohol furfurílico usado principalmente en la producción de resinas, fibras sintéticas y como intermediario químico en la fabricación de lisina y vitamina C [1,2].

Figura 1. Rutas De Hidrogenación De Furfural. (1) Furfural, (2) Tetrahidrofurfural ,(3) Alcohol Furfurilico, (4) Tetrahidrofurfurilalcohol, (5) 2-MetilFurano
Figure 1. Reaction Pathway For Furfural Hydrogenation. (1) Furfural, (2) Tetrahydrofurfural ,(3) Furfuryl Alcohol (FA), (4) Tetrahydrofurfuryl Alcohol (THFA), (5) 2-Methyl-Furane
La obtención convencional de alcohol furfurílico se realiza por reducción del furfural. Por medio de la termodinámica es posible predecir la ocurrencia de la reacción, sin embargo se conoce que es más sencillo lahidrogenación del grupo C=C (Energía de enlace: 147 kcal/mol) que el grupo C=O (Energía de enlace: 170 kcal/mol) y por tanto este tipo de reacciones presentan un reto termodinámico interesante [3].
A partir de estudios cinéticos se correlacionan datos experimentales con una expresión matemática que describe tanto la velocidad como el mecanismo de la reacción. Las expresiones de velocidad se...