Síntesis de carbonato de glicerol a partir de la glicerólisis de urea empleando hidrotalcitas como catalizador

Abstract

Argentina ha desarrollado una posición de gran importancia a nivel internacional, a causa de su capacidad de producción de biodiesel. En los últimos años ha logrado aumentar la producción anual de 700.000 toneladas en 2008 a más de 1.500.000 toneladas en 2016. Dado que el proceso genera el glicerol en un 10% en peso como principal subproducto, el mismo se ha ubicado en el foco de numerosas investigaciones para poder desarrollar procesos que lo conviertan en productos de mayor valor agregado. Una reacción que aún no ha sido ampliamente estudiada es la glicerólisis de la urea, para producir el compuesto oxigenado 4-(hydroxymethyl)-1,3-dioxolan-2-one, conocido como carbonato de glicerol, el cual resulta de gran interés para la industria por su baja toxicidad, baja volatibilidad y su capacidad de biodegradarse. El carbonato de glicerol, puede ser utilizado como intermediario en síntesis de policarbonatos y en la industria cosmética como emulsificante, plastificante o humectante, ofrece también aplicaciones útiles como componente en membranas de separación de gases, precursor en aplicaciones biomédicas, aditivo en soluciones electrolíticas de baterías de litio, y como precursor para la producción de aditivos reológicos en las operaciones de perforación de pozos petroleros. Para la síntesis de carbonato de glicerol, se han estudiado diversos catalizadores como zeolitas, sulfatos metálicos, catalizadores de zinc, líquidos iónicos inmovilizados sobre resinas, e hidrotalcitas. En todos los estudios se evidencia una fuerte relación entre la actividad catalítica, y la acidez de los catalizadores utilizados, donde aquellos materiales que poseen una cantidad balanceada de sitios básicos y ácidos, evidencian un mayor rendimiento al carbonato de glicerol. Entre los catalizadores empleados, las hidrotalcitas se destacan como catalizadores heterogéneos, dado los altos rendimientos observados y su buena resistencia al "leaching" en comparación a los sólidos basados en zinc. En este trabajo se busca estudiar la actividad catalítica de materiales basados en hidrotalcitas, en la síntesis de carbonato de glicerol. Con este fin se estudiará el efecto de la composición de hidrotalcita, la masa de catalizador y el tiempo de reacción. Todos los ensayos se realizarán a una temperatura de 155ºC, en un reactor batch con burbujeo de N2 para eliminar el amoníaco formado en reacción, y con una relación glicerol:urea de 1:1,3. Las muestras de reacción serán analizadas y cuantificadas posteriormente por cromatografía líquida (HPLC) empleando detectores de índice de refracción (RID) y ultravioleta (UV). Para establecer una relación entre la actividad de los catalizadores y sus propiedades físico-químicas se utilizarán técnicas de espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR), difracción de rayos X (DRX), titulación potenciométrica, Brunauer-Emmett-Teller (BET), etc.