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Valoración de biomasa lignocelulósica mediante fraccionamiento catalítico con catalizadores de Ni soportados

En este trabajo se ha efectuado la valorización de serrín de chopo, un residuo lignocelulósico agroindustrial, a partir de su deslignificación mediante despolimerización por fraccionamiento catalítico (FC) y fraccionamiento catalítico reductivo (RCF). De esta forma, se ha conseguido obtener compuestos orgánicos de valor añadido en la industria de la química fina. El estudio se ha centrado en la síntesis de diferentes catalizadores y el uso de diversas condiciones de reacción. El comportamiento de los distintos catalizadores ha sido analizado en función del rendimiento de deslignificación, rendimiento de monómeros aromáticos, selectividad de los productos de reacción y estabilidad de los reactores en tiempos de reacción prolongados. Como catalizadores de FC se han utilizado cuatro materiales silíceos diferentes: sílice pura (SiO2), y tres zeolitas tipo ZSM-5 con tres relaciones Si:Al distintas: 80:1, 50:1 y 23:1. Por otro lado, como catalizadores de RCF se han preparado tres catalizadores de Ni soportados: 5% Ni/SiO2, 5% Ni/ZSM-5 (80:1) y 5% Ni/ZSM-5 (50:1). Los resultados de los experimentos han mostrado que los catalizadores más efectivos para este tipo de reacciones son 5% Ni/SiO2 y ZSM-5 80:1, con rendimientos en torno al 13% de un máximo posible de 49%. Asimismo, se han estudiado como disolventes para la reacción tanto el metanol como el etanol, siendo este último el que mejores resultados ha proporcionado. Por otro lado, se han evaluado diferentes condiciones de reacción de FC. Las condiciones más favorables para el FC son aquéllas que permiten trabajar en condiciones supercríticas a tiempos prolongados de reacción: 1200 minutos de reacción, 240 ºC, 0,2 mL/min de flujo y 72 bar de presión. La selectividad a productos fenólicos varía notablemente en función del catalizador y de las condiciones de reacción, pero con predominancia de guayacilcetona y sinapilaldehido como los principales monómeros.

In this project, poplar sawdust, an agro-industrial lignocellulosic waste, has been recovered from its delignification by means of depolymerisation by catalytic fractionation (FC) and reductive catalytic fractionation (RCF). In this way, it has been possible to obtain organic compounds of added value in the fine chemicals industry. The study focused on the synthesis of different catalysts and the use of different reaction conditions. The behaviour of the different catalysts has been analysed in terms of delignification yield, yield of aromatic monomers, selectivity of the reaction products and stability of the reactors over long reaction times. Four different siliceous materials have been used as FC catalysts: pure silica (SiO2), and three ZSM-5 zeolites with three different Si:Al ratios: 80:1, 50:1 and 23:1. On the other hand, three supported Ni catalysts have been prepared as RCF catalysts: 5% Ni/SiO2, 5% Ni/ZSM-5 (80:1) and 5% Ni/ZSM-5 (50:1). The results of the experiments have shown that the most effective catalysts for this type of reactions are 5% Ni/SiO2 and ZSM-5 80:1, with yields around 13% of a possible maximum of 49%. Likewise, both methanol and ethanol have been studied as solvents for the reaction, the latter giving the best results. On the other hand, different FC reaction conditions have been evaluated. The most favourable conditions for FC are those that allow working in supercritical conditions at prolonged reaction times: 1200 minutes of reaction, 240 ºC, 0,2 mL/min flow and 72 bar pressure. The selectivity to phenolic products varies considerably depending on the catalyst and the reaction conditions, but with a predominance of guaiacylketone and sinapylaldehyde as the main monomers.