María Isabel López, Francisco José Romero y Dolores Esquivel, del Instituto de Química Fina y Nanotecnología
Muchos procesos industriales emplean catalizadores para convertir una materia prima en un producto de consumo. Una de las materias todavía común en esta catálisis industrial es el ácido sulfúrico. Aunque ya no se emplea a gran escala, aún se ve en laboratorios de cosméticos o de fármacos, porque sigue siendo útil para obtener productos de un importante valor comercial. Sin embargo, el ácido sulfúrico es corrosivo y puede poner en peligro la salud de los trabajadores, el funcionamiento de las máquinas y el medio ambiente. Substituirlo por un material más eficiente y seguro es uno de los objetivos de la química verde. Un equipo de investigadores de la Universidad de Córdoba ha observado que unos nanomateriales denominados híbridos, que este grupo ha sintetizado, pueden servir de reemplazo del ácido sulfúrico como catalizador en procesos de química fina.
Estos nanomateriales se denominan híbridos porque se componen de elementos de química orgánica, que estudia las moléculas que contienen algún átomo de carbono, y la inorgánica, centrada en los demás elementos. “Gracias a la parte orgánica, los compuestos tienen características semejantes a las de un polímero y, por medio de la parte inorgánica, se obtiene una interesante rigidez estructural”, explica Francisco José Romero, uno de los investigadores del grupo del Departamento de Química Orgánica de la UCO que dirige el profesor César Jiménez Sanchidrián y que está integrado en el Instituto de Química Fina y Nanoquímica. Las posibilidades que ofrece esta combinación de propiedades hace de los nanomateriales híbridos un interesante objeto de estudio para los químicos. Estas nanopartículas, denominadas PMO, (materiales periódicos mesoporosos organosilícicos, en sus siglas en inglés), constituyen un enorme avance en el desarrollo de nuevos materiales desde su descubrimiento hace unos quince años.
Ventajas descritas
En un trabajo publicado en la revista científica Journal of Catalysis, el grupo de la UCO muestra unas capacidades de los PMO que los puede hacer interesantes para la industria cosmética o farmacéutica. Los investigadores emplearon como catalizadores nanomateriales híbridos PMO en la producción de acetato de bencilo, el componente activo presente en el aceite de jazmín. Este aceite es muy usado en la producción de fragancias. Los materiales mesoporosos se comportaron tan activamente como lo hacían las alternativas comerciales existentes al ácido sulfúrico, pero tenían una ventaja respecto a ellas. Éstas tienden a ganar volumen y, en última instancia, a poner en riesgo las maquinarias en las que se realiza el proceso catalítico, mientras que las nanopartículas dejaban pasar las substancias catalizadas con mayor eficiencia gracias a su alta porosidad.
Estos nanomateriales demostraron también otra ventaja respecto al ácido sulfúrico. Eran capaces de ser reutilizados al menos hasta en cinco ciclos catalíticos. El ácido sulfúrico no tiene esta capacidad y debe ser reemplazado cada vez que se emplea. Al ser de usar y tirar, los catalizadores de ácido sulfúrico generan un volumen de residuos que deben ser tratados para evitar la contaminación del medio ambiente.
De forma resumida, estos nanomateriales presentan de forma experimental dos ventajas respecto a los catalizadores convencionales: son más reutilizables y más limpios que el ácido sulfúrico, y presentan mejor comportamiento en cuanto a porosidad que otros análogos comerciales.
Otros procesos
“Ahora queremos comprobar si estos interesantes materiales también tienen comportamientos positivos en otros procesos de interés comercial, como la transformación de moléculas procedentes de la biomasa para la obtención de biocombustibles”, avanza Dolores Esquivel, investigadora del programa Andalucía Talent Hub que desarrolla su trabajo en la UCO. Fruto de su estancia en Gante, en la investigación también ha colaborado un centro de investigación de la universidad de la ciudad belga.
María I. López, Dolores Esquivel, César Jiménez Sanchidrián, Francisco José Romero Salguero, Pascal van der Voort. ‘A “one-step” sulfonic acid PMO as a reciclable acid catalyst’. Journal of Catalysis 326 (2015). 139-148