Un proceso electroquímico desarrollado por investigadores del Instituto Tecnológico de Tokio (Tokyo Tech) que utiliza borato de sodio y un catalizador de óxido de níquel ofrece una solución prometedora para la evaluación del glicerol, un subproducto de bajo costo de la producción de biodiesel. Al manipular la formación del complejo borato-glicerol, este proceso aumenta la selectividad y eficiencia de la electrooxidación del glicerol, convirtiéndolo en valiosos compuestos de tres carbonos como la dihidroxiacetona y el gliceraldehído, aumentando así la viabilidad económica y los beneficios ambientales de la producción de biodiesel.
Se ha demostrado que el biodiesel, una alternativa ecológica al diésel convencional, reduce las emisiones de dióxido de carbono hasta en un 74%. El biodiesel se produce mediante transesterificación, convirtiendo los triglicéridos en biodiesel y produciendo glicerol como subproducto de bajo valor. Dado que el glicerol representa aproximadamente el 10% de la producción, los esfuerzos se han centrado en aumentar su valor. Un método implica oxidación electroquímica, convirtiendo el glicerol en compuestos de tres carbonos de alto valor como dihidroxiacetona (DHA) y gliceraldehído (GLYD), aunque los métodos anteriores a menudo producían productos inestables o de bajo valor en condiciones fuertemente alcalinas.
En un estudio publicado Revista de catálisis 15 de agosto de 2024 Investigadores dirigidos por el profesor asociado Tomohiro Hayashi del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech) y el profesor Chia-Ying Chiang de la Universidad Nacional de Ciencia y Tecnología de Taiwán en Taiwán han desarrollado una electrooxidación de glicerol (GEOR) altamente selectiva y eficiente. proceso. lo que puede conducir a la producción de valiosos productos de 3 carbonos (3C).
“Establecer una ruta electroquímica para un proceso de electrooxidación de glicerol altamente selectivo y eficiente para obtener los productos 3C deseados es esencial para la producción de biodiesel”, dijeron Hayashi y Chiang.
La oxidación selectiva del glicerol es un desafío debido a su estructura. El glicerol tiene tres grupos -OH: dos en el átomo de carbono primario y uno en el átomo de carbono secundario. Esta disposición crea un impedimento estérico, lo que dificulta que los reactivos se dirijan a grupos -OH específicos para la oxidación. En condiciones alcalinas, los grupos -OH también provocan reacciones secundarias no deseadas que rompen los enlaces carbono-carbono, lo que da como resultado compuestos de dos o un carbono en lugar de los productos deseados de tres carbonos.
Para abordar esto, los investigadores realizaron GEOR utilizando tampones de borato de sodio y bicarbonato como electrolito ligeramente alcalino y óxido de níquel (NiO).incógnita) catalizador. El borato de sodio ayuda a proteger ciertos grupos -OH, mejorando la selectividad de la reacción, mientras que el NiOincógnita Los catalizadores aumentan la eficiencia del proceso de electrooxidación. El borato de sodio forma complejos de coordinación con los grupos alcohol primario y secundario del glicerol para formar GLYD y DHA, respectivamente. Sin embargo, el producto final depende de la proporción de glicerol a borato. Para comprender cómo las diferentes concentraciones de glicerol y borato afectan el proceso de electrooxidación, se hizo reaccionar una concentración fija de tampón de borato 0,1 M con diferentes gliceroles (0,01, 1, 2,0 M) y una concentración fija de glicerol 0,1 M con diferentes concentraciones de borato. tampón (0,01, 0,05, 0,10 y 0,15 M) manteniendo un pH de 9,2.
Se encontró que concentraciones más altas de borato aumentan la selectividad para los productos 3C, especialmente DHA, con una selectividad máxima de hasta el 80% observada a una concentración de borato de 0,15 M. Esta mejora se atribuye a la mayor capacidad tampón proporcionada por la solución de borato, que ayuda a mantener un pH estable durante la reacción y estabiliza el complejo de borato-glicerol para una mayor oxidación a compuestos 3C. Por el contrario, el aumento de la concentración de glicerol disminuyó tanto el rendimiento como la selectividad del producto 3C. A una concentración de glicerol de 1 M, GLYD fue el producto principal, con una selectividad del 51%.
La diferencia en el tipo de producto 3C estaba relacionada con la formación de diferentes complejos de glicerol-borato. Utilizando espectroscopía Raman, los investigadores descubrieron que concentraciones más altas de borato favorecen el complejo de anillo de seis miembros, promoviendo la oxidación secundaria de -OH y la producción de DHA. Por el contrario, concentraciones más altas de glicerol favorecen el complejo de anillo de cinco miembros, lo que lleva a la oxidación primaria de -OH y la formación de GLYD.
“Era más probable que se formaran complejos de anillos de cinco miembros en electrolitos con una proporción de borato a glicerol de 0,1, mientras que los complejos de anillos de seis miembros se volvieron más prominentes en electrolitos con una proporción de borato a glicerol de 1,5”, dijeron Hayashi y Chiang.
Estos resultados representan una estrategia prometedora para convertir el glicerol en productos valiosos, aumentando la sostenibilidad y rentabilidad de la producción de biodiesel.