María Daniela Barrantes Mena, Maureen Daniela Córdoba Pérez, Bárbara Cristina Miranda Morales

Efecto de condiciones de reacción sobre producción de hidroxiacetona y desactivación del catalizador Cu/γ Al2O3

Introduction

Efecto de condiciones de reacción sobre producción de hidroxiacetona y desactivación del catalizador cu/γ al2o3. Investiga la conversión de glicerol a hidroxiacetona usando Cu/γ-Al2O3. Se optimizan condiciones de reacción, estudia la desactivación del catalizador y su recuperación de actividad.

Abstract

La conversión de glicerol a hidroxiacetona se investigó utilizando un catalizador de Cu/γ-Al2O3. Las reacciones se realizaron en un reactor de cuarzo de lecho fijo. Los catalizadores se activaron mediante tres métodos distintos: calcinación, reducción y calcinación-reducción. La reducción fue el método que proporcionó la mayor concentración y selectividad hacia hidroxiacetona. Además, se utilizó un análisis estadístico de Diseño Compuesto Central Rotable (CCRD, por sus siglas en inglés) para optimizar los parámetros de conversión de glicerol a hidroxiacetona con el catalizador reducido. Las variables de estudio fueron temperatura de reacción, flujo de gas portador y flujo de alimentación de glicerol. El análisis, con un 95 % de confianza, mostró que solo la temperatura de reacción tuvo un efecto significativo en las tres variables de respuesta. Mediante la función de deseabilidad, las condiciones óptimas para maximizar las respuestas fueron 299.43 °C, 70.97 mL/min de flujo de gas portador y 6.32 mL/h de flujo de alimentación de glicerol. Los valores experimentales bajo estas condiciones coincidieron con las predicciones. Además, se derivó una ecuación de desactivación del catalizador que resultó de primer orden. Por otra parte, una deposición de carbono en la superficie del catalizador y una reducción del 12 % en su área superficial fueron identificadas mediante CHONS, BET y XRD como fuentes de desactivación. Finalmente, se realizó un ciclo de reacciones con y sin tratamiento de reducción entre ellas, donde se observó que el catalizador recupera su actividad.

Review

El estudio aborda la relevante conversión catalítica de glicerol, un subproducto abundante de la industria del biodiesel, hacia hidroxiacetona, un compuesto químico de alto valor añadido. La investigación se centra en el rendimiento y la durabilidad de un catalizador de Cu/γ-Al2O3 en un reactor de lecho fijo. Un aspecto inicial destacable es la evaluación de diferentes métodos de activación catalítica, concluyendo que la reducción es la vía más efectiva para maximizar tanto la concentración como la selectividad hacia hidroxiacetona. Esta fase preliminar es crucial, ya que sienta las bases para las investigaciones posteriores y subraya la importancia de las condiciones de pretratamiento del catalizador. Posteriormente, el trabajo emplea un robusto Diseño Compuesto Central Rotable (CCRD) para optimizar las condiciones de reacción, lo que demuestra un enfoque metodológico riguroso. Los resultados de la optimización revelan que la temperatura de reacción es el único parámetro con un efecto estadísticamente significativo en las variables de respuesta estudiadas, una conclusión valiosa para el control y la escalabilidad del proceso. Las condiciones óptimas identificadas (299.43 °C, 70.97 mL/min de flujo de gas portador y 6.32 mL/h de flujo de glicerol) fueron validadas experimentalmente, lo que refuerza la fiabilidad del modelo predictivo. Además, el estudio investiga a fondo la desactivación del catalizador, estableciendo una cinética de primer orden y atribuyendo la pérdida de actividad a la deposición de carbono y una reducción del área superficial, respaldado por análisis multi-técnica (CHONS, BET, XRD). En conjunto, este trabajo ofrece una contribución significativa al campo de la catálisis para la valorización del glicerol. La combinación de la optimización del proceso con un análisis detallado de la desactivación y regeneración del catalizador es particularmente meritoria. La demostración de que el catalizador puede recuperar su actividad mediante un tratamiento de reducción entre ciclos de reacción es un hallazgo prometedor para la sostenibilidad del proceso. Los resultados presentados son de gran utilidad tanto para la comprensión fundamental de la reacción como para el diseño y la operación de procesos industriales, proporcionando una base sólida para futuras investigaciones en la mejora de la estabilidad y eficiencia catalítica a largo plazo.

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