El Catalizador De Zeolita Crea P-xileno A Partir De Biomasa

Los ingenieros químicos descubren un método de alto rendimiento para producir plásticos cotidianos a partir de biomasa

Los ingenieros químicos de UMass Amherst han descubierto un método de alto rendimiento para fabricar botellas de plástico a partir de biomasa. Al usar un catalizador de zeolita capaz de transformar la glucosa en p-xileno, el proceso económico crea p-xileno con un rendimiento eficiente del 75 por ciento, lo que podría ayudar a eliminar la necesidad de materiales a base de petróleo en la industria de las botellas de plástico.

Amherst, Massachusetts – Un equipo de ingenieros químicos dirigido por Paul J. Dauenhauer de la Universidad de Massachusetts Amherst ha descubierto un nuevo método de alto rendimiento para producir el ingrediente clave utilizado para fabricar botellas de plástico a partir de biomasa. El proceso es económico y actualmente crea el químico p-xileno con un rendimiento eficiente del 75 por ciento, utilizando la mayor parte de la materia prima de biomasa, dice Dauenhauer. La investigación se publica en la revista ACS Catalysis.

Dauenhauer, profesor asistente de ingeniería química en UMass Amherst, dice que el nuevo descubrimiento muestra que existe una forma eficiente y renovable de producir una sustancia química que tiene un uso inmediato y reconocible para los consumidores. Él dice que la industria del plástico produce actualmente p-xileno a partir del petróleo y que el nuevo proceso renovable crea exactamente la misma sustancia química a partir de biomasa.

“Puede mezclar nuestro químico renovable con el material a base de petróleo y el consumidor no podrá notar la diferencia”, dice Dauenhauer.

Los consumidores ya conocerán los plásticos fabricados a partir de este nuevo proceso por la etiqueta triangular de reciclaje “# 1” en los envases de plástico. Los productos químicos de xileno se utilizan para producir un plástico llamado PET (o tereftalato de polietileno), que actualmente se utiliza en muchos productos, como botellas de refrescos, envases de alimentos, fibras sintéticas para ropa e incluso piezas de automóviles.

El nuevo proceso utiliza un catalizador de zeolita capaz de transformar glucosa en p-xileno en una reacción de tres pasos dentro de un reactor de biomasa de alta temperatura. Dauenhauer dice que este es un gran avance ya que otros métodos para producir p-xileno renovable son costosos (por ejemplo, fermentación) o son ineficientes debido a los bajos rendimientos.

Una clave para el éxito de este nuevo proceso es el uso de un catalizador que está diseñado específicamente para promover la reacción del p-xileno sobre otras reacciones menos deseables. Dauenhauer dice que sus colegas de investigación, los profesores Wei Fan de UMass Amherst y Raul Lobo de la Universidad de Delaware, diseñaron el catalizador. Después de una serie de modificaciones, el equipo pudo ayudar a mejorar el rendimiento de la reacción. También dice que una modificación adicional del proceso puede aumentar aún más el rendimiento de p-xileno y hacer que el proceso sea más atractivo económicamente.

“Descubrimos que el rendimiento de la reacción de la biomasa se vio fuertemente afectado por la nanoestructura del catalizador, que pudimos optimizar y lograr un rendimiento del 75 por ciento”, dice Fan. Los cálculos realizados por el equipo han sido fundamentales para comprender el mecanismo de reacción y el papel del catalizador, así como para modificar el catalizador para mejorar el rendimiento del proceso.

Además de Dauenhauer y Fan, el equipo de investigación está formado por C. Luke Williams y Chun-Chih Chang de la UMass Amherst, estudiantes de doctorado en ingeniería química, y sus colaboradores, los profesores Raul F. Lobo, Dionisios G. Vlachos y Stavros Caratzoulas, también. como estudiante de doctorado Nima Nikbin, y becaria postdoctoral Phuong Do de la Universidad de Delaware.

Este descubrimiento es parte de un esfuerzo mayor del Centro de Catálisis para la Innovación Energética (CCEI) para crear tecnologías innovadoras para la producción de biocombustibles y productos químicos a partir de biomasa lignocelulósica. El centro está financiado por el Departamento de Energía de EE. UU. Como parte del programa Energy Frontiers Research Center (EFRC) que combina a más de 20 profesores con habilidades de investigación complementarias para colaborar en la resolución de los desafíos energéticos más urgentes del mundo.

El descubrimiento para la producción de plásticos agrega otra dimensión a la cartera de logros de CCEI. En 2010, un equipo de investigación de CCEI dirigido por Mark Davis de Caltech descubrió un nuevo catalizador, llamado Tin-Beta, que puede convertir la glucosa en fructosa. Este es el primer paso en la producción de una gran cantidad de productos específicos, incluidos biocombustibles y bioquímicos, incluido el p-xileno, a partir del componente básico de la celulosa, el componente principal de los árboles y la hierba varilla.

Además, un equipo liderado por Ray Gorte y John Vohs en la Universidad de Pennsylvania ha desarrollado una novedosa tecnología de celdas de combustible que convierte biomasa sólida en electricidad y otro liderado por George Huber y Wei Fan de UMass Amherst ha mejorado el rendimiento de aromáticos que pueden utilizarse como combustible directo a la gasolina.

Imagen: Universidad de Massachusetts-Amherst

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