Un químico de la RUDN sintetizó nuevos catalizadores con nanopartículas de rutenio (Ru) para producir biocombustible a partir de residuos orgánicos. Los nanocatalizadores soportan reacciones más intensas y sostenidas que los compuestos actualmente disponibles en el mercado. Los resultados del estudio se publicaron en la ChemSusChem diario.

Rafael Luque, un especialista externo de la RUDN, trabaja en la síntesis de gamma-valerolactona (GVL) junto con sus colegas chinos y españoles. Este líquido incoloro se puede obtener de los desperdicios de comida o de las sobras de la cosecha. GVL se puede utilizar como un solvente seguro o un aditivo para la gasolina o se puede destilar en hidrocarburos. "combustible verde" para motores de combustión interna.

El uso industrial de GVL se ve obstaculizado por dos problemas principales. En primer lugar, su fabricación implica costosos catalizadores. La oferta actual del mercado consiste en sustancias basadas en metales preciosos como el rutenio. Segundo, los catalizadores disponibles no pueden soportar una reacción sostenida.

Los autores del artículo en ChemSusChem sugirió una solución para ambos problemas. Sintetizaron cuatro nuevos catalizadores basados ​​en cristales de dióxido de titanio con 1 por ciento, 2 por ciento, 3 por ciento y 5 por ciento de las nanopartículas de rutenio (actualmente, los catalizadores contienen más del 5 por ciento). En una serie de experimentos, los químicos buscaban no solo a los más activos, pero también el catalizador más estable capaz de soportar una reacción durante mucho tiempo.

Los investigadores prepararon GVL a partir de la hidrogenación de ácido levulínico o metil levulinato en presencia de diferentes catalizadores. tanto nuevos (basados ​​en dióxido de titanio) como previamente conocidos. También probaron la actividad catalítica del dióxido de titanio puro, probando cada sustancia en todas las condiciones posibles. Los científicos cambiaron la temperatura, volumen de catalizador, concentración de la sustancia inicial en el disolvente, y la velocidad de entrada al reactor.

El dióxido de titanio puro resultó no tener actividad catalítica. GVL se sintetizó a partir de sustancias iniciales solo en presencia de nanopartículas de rutenio. Todos los catalizadores a base de dióxido de titanio sintetizados por los científicos estaban activos, pero la variación con el contenido más alto (5 por ciento) de nanopartículas mostró la máxima eficiencia. En su presencia, la reacción tuvo lugar en el 98 por ciento de la sustancia inicial, y el 97 por ciento se utilizó para sintetizar el producto objetivo (GVL).

A pesar de la misma proporción de rutenio, los resultados de los catalizadores previamente conocidos fueron considerablemente más bajos y los experimentos nunca emplearon residuos biológicos de levulinato de metilo. Por ejemplo, en presencia de un catalizador de rutenio a base de carbono, la reacción tuvo lugar en un 83 por ciento de ácido levulínico, y solo el 52 por ciento se asignó a la síntesis de GVL.

La alta estabilidad de los nuevos catalizadores fue un descubrimiento aún más importante. Mientras que los catalizadores tradicionales perdieron su actividad dos horas después del inicio de la reacción, Las sustancias a base de dióxido de titanio mejoraron sus resultados en este período de tiempo. El catalizador con una participación del 5 por ciento de nanopartículas de rutenio superó a los demás una vez más:GVL siguió sintetizando continuamente durante más de 24 horas.

"Una forma tradicional de síntesis de GVL implica reacciones a corto plazo en reactores discontinuos, "dice Rafael Luque, profesor del Centro de Diseño Molecular y Síntesis de Compuestos Innovadores para Medicina, y un especialista externo de la RUDN. "Por lo tanto, no había catalizadores para la producción continua de GVL. Conseguimos crear un altamente eficiente, y sistema catalítico muy estable a base de cristales de dióxido de titanio. El potencial de los nuevos catalizadores no se limita a la síntesis de GVL; planeamos usarlos en otros estudios ".