Un químico de la Universidad RUDN ha desarrollado un catalizador de silicato de estaño para la producción de ésteres:aromas, plastificantes, y componentes de biocombustibles. A diferencia de los catalizadores existentes, el nuevo material puede volver a activarse y reutilizarse. Los resultados se publican en la revista Materiales microporosos y mesoporosos .

Los catalizadores no se consumen en el proceso de reacciones químicas, sin embargo, en algunos casos es difícil separarlos de los residuos de síntesis y reutilizarlos. Por ejemplo, Los catalizadores de ácido inorgánico se utilizan para la esterificación, es decir, para obtener ésteres a partir de ácidos orgánicos y alcohol. En este caso, El producto final de la reacción debe purificarse y eliminarse los residuos. junto con los catalizadores, ya que es más caro separarlos para su reutilización que adquirir nuevos.

Una solución prometedora son los catalizadores sólidos basados ​​en iones de estaño depositados sobre un sustrato de soporte poroso. Sus "centros activos" se encuentran en su superficie:iones sobre los que se produce una transformación química, por ejemplo, la formación de éter. Sin embargo, los iones de estaño se "eliminan" durante el uso de tales materiales, y pierden su actividad. Es más, se forma una gran cantidad de óxido de estaño inútil durante la fabricación del catalizador, además de iones.

El químico de la Universidad RUDN Rafael Luque ha desarrollado un nuevo método de producción de catalizadores que da como resultado una matriz de silicato poroso con iones de estaño "incrustados" (Sn ₄ ⁺ ) unidos por fuertes enlaces químicos.

"Permite el diseño de materiales a base de Sn altamente activos y selectivos para procesos catalizados con ácido, no solo para la esterificación con ácido levulínico, que también se pueden reutilizar, siendo muy estable a temperaturas y presiones moderadas, "dijo Luque.

Si bien los métodos existentes para crear tales catalizadores implican la aplicación de estaño a una matriz porosa acabada de dióxido de silicio, el profesor Luque formó el catalizador "desde cero". El sustrato de dióxido de silicio en su experimento se formó a partir de un precursor (tetraetoxisilano) en presencia de estaño, debido a que los iones de estaño se incrustaron en la estructura química del sustrato.

El estudio del sustrato utilizando XPS (espectroscopia de fotoelectrones de rayos X) mostró que en el catalizador se formó un enlace químico de óxido de silicio y estaño (Si – O – Sn).

La superficie de 1 gramo de catalizador es significativa:600 metros cuadrados. Dado que las reacciones químicas ocurren en la superficie de un catalizador, cuanto mayor sea su superficie, cuanto mayor sea la actividad. La mayoría de los catalizadores basados ​​en una matriz de silicio tienen un área útil de dos a tres veces más pequeña:alrededor de 200-300 metros cuadrados por gramo.

Los químicos probaron la actividad del nuevo catalizador en la síntesis de ésteres de ácido levulínico. El ácido levulínico es un producto del procesamiento de carbohidratos como la glucosa y el almidón. Al interactuar con alcoholes forma ésteres, que se pueden utilizar como aromatizantes, plastificantes, y componentes de biocombustibles. Resultó que el nuevo catalizador permite obtener ésteres de ácido levulínico con un rendimiento máximo de producto de 44 a 99 por ciento; la cifra corresponde a la eficiencia de los catalizadores más utilizados.

Además, se probó la reutilización del catalizador; el experimento mostró que su actividad no disminuyó después de cinco regeneraciones.

"En principio, el uso del catalizador puede extenderse a otras reacciones catalizadas por ácido, incluidas las isomerizaciones, eterificaciones, etc. para la producción de compuestos de interés para la industria química fina (aromas, odorantes, productos farmacéuticos) e incluso en la industria petroquímica. Las ventajas del enfoque propuesto incluyen simplicidad, naturaleza relativamente barata del catalizador, reutilización y estabilidad y versatilidad en comparación con otros implementados anteriormente, "Luque anotó.