Grupo de Ingeniería Química y Ambiental

Diseño de Nuevos Catalizadores Heterogéneos en Procesos Químicos de Interés Industrial

Desarrollo de catalizadores quirales
En la actualidad, la demanda de compuestos químicos dotados de algún elemento de asimetría es creciente, no sólo en el campo farmacéutico sino en otros como el sector agroquímico, la producción de fragancias o la fabricación de nutracéuticos. Aunque existen diversas alternativas para la preparación de compuestos quirales de forma enantioméricamente pura, la síntesis asimétrica, y dentro de ella la catálisis asimétrica, es la alternativa más atractiva desde un punto de vista ambiental, económico y tecnológico, ya que los catalizadores quirales permiten generar productos enantioméricamente puros a partir de sustratos proquirales en grandes cantidades. Sin embargo, la inmensa mayoría de los catalizadores quirales son extremadamente complejos y caros, lo que hace necesaria su reutilización para asegurar la viabilidad económica de los diferentes procesos. En esta línea de investigación se desarrollan estudios dirigidos a inmovilizar catalizadores enantioselectivos sobre soportes sólidos, con el objeto de obtener catalizadores heterogéneos quirales de elevada actividad catalítica y enantioselectividad y con estabilidad suficiente para permitir su utilización en procesos continuos.

Zeolitas nanocristalinas y materiales híbridos
Las zeolitas son metalosilicatos cristalinos microporosos que se caracterizan por presentar selectividad de forma y por comportarse como tamices moleculares, ofreciendo un amplio espectro de aplicaciones en procesos catalíticos, de adsorción y de intercambio iónico. Estos materiales se han venido sintetizando habitualmente con tamaños de cristal en el intervalo de los micrómetros, por lo que su superficie externa es muy reducida, lo que supone una fuerte limitación para su empleo en reacciones que impliquen la conversión de compuestos voluminosos. Por ello, en los últimos años se han hecho enormes esfuerzos para reducir las restricciones estéricas de las zeolitas tradicionales y se han desarrollado numerosos métodos para introducir mesoporosidad en los materiales zeolíticos. Han surgido de este modo los denominados materiales zeolíticos con porosidad jerarquizada, entre los que destacan las nanozeolitas y los materiales híbridos mesoporosos con paredes zeolíticas cristalinas. El grupo de Ingeniería Química y Ambiental trabaja en la preparación de zeolitas nanocristalinas con porosidad jerarquizada con estructuras MFI, BEA, MEL, MOR y FAU, incorporando átomos de Al y/o Ti, lo que les confiere unas propiedades interesantes en reacciones de catálisis ácida y de oxidación selectiva, respectivamente. Asimismo, se están desarrollando métodos de síntesis para obtener materiales híbridos zeolítico-mesoporosos para su empleo como catalizadores en procesos en los que, debido a sus propiedades, su comportamiento catalítico supere tanto a zeolitas como a materiales mesoporosos convencionales.

Diseño de catalizadores ácidos heterogéneos
Multitud de procesos de interés en la química industrial siguen un mecanismo de catálisis ácida (alquilación, eterificación, esterificación, acilación, isomerización, etc.). La mayoría de los procesos actualmente implantados utilizan para ello catalizadores homogéneos (ácido fluorhídrico, sulfúrico, tricloruro de aluminio, etc.) y por tanto presentan los riesgos potenciales y los inconvenientes medioambientales derivados del uso de sistemas corrosivos no recuperables. La aplicación de catalizadores heterogéneos ácidos permite superar dichos inconvenientes, aunque para ello han de presentar niveles de actividad catalítica al menos similares a los sistemas homogéneos. La presente línea de investigación del Grupo de Ingeniería Química y Ambiental tiene como objetivo el diseño y preparación de catalizadores sólidos con centros activos ácidos. Se utilizan sistemas basados tanto en funciones ácidas orgánicas (por ejemplo, grupos sulfónicos) como inorgánicas (catalizadores basados en aluminio o en óxidos metálicos de carácter ácido) y se emplean soportes porosos (zeolíticos o mesoestructurados) que mejoren las propiedades texturales del catalizador. Por otro lado, también se trabaja en el diseño de materiales híbridos orgánicos-inorgánicos basados en el recubrimiento de las paredes de materiales mesoestructurados con una capa nanométrica de resina polimérica funcionalizada con centros ácidos. El objetivo es obtener un material similar a las resinas ácidas comerciales (Amberlyst o Nafion) pero mejorando su estabilidad térmica y la accesibilidad a los centros ácidos.

Diseño de catalizadores redox heterogéneos
Los procesos de oxidación-reducción son tremendamente importantes en la industria química y constituyen las principales rutas de obtención de una gran cantidad de productos químicos. En estos procesos, los catalizadores empleados juegan un papel crucial, por lo que su mejora incide de forma directa en el proceso químico considerado. Entre estos procesos redox, la oxidación de olefinas para dar lugar a epóxidos es una de las alternativas para la producción de oxiranos más empleadas. Los catalizadores industriales empleados en estos procesos, habitualmente formados por metales soportados sobre sílice, presentan diversas características susceptibles de ser mejoradas. En esta línea de investigación se desarrollan estudios dirigidos a mejorar la actividad catalítica de estos materiales actuando en diferentes frentes como son el empleo de diferentes soportes catalíticos (materiales amorfos, sólidos mesoestructurados y zeolitas nanocristalinas), el uso de diferentes precursores metálicos para dotar de actividad redox al soporte o la estructuración macroscópica de catalizadores en partículas para su utilización en lechos fijos.

Proyectos de investigación financiados en los últimos años:

Preparación de nanopartículas silíceas mesoestructuradas modificadas para su aplicación en síntesis asimétrica y dosificación controlada de fármacos.

Entidad Financiadora: Ministerio de Ciencia e Innovación

  • Año de Inicio: 2012
  • Año de Terminación: 2014

Sintesis de zeolitas de porosidad jerarquizada con zirconio para su aplicación en procesos catalíticos de interés energético y/o medioambiental

Entidad Financiadora: Universidad Rey Juan Carlos

  • Año de Inicio: 2013
  • Año de Terminación: 2015

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