Um químico da RUDN sintetizou novos catalisadores com nanopartículas de rutênio (Ru) para a produção de biocombustível a partir de resíduos orgânicos. Os nanocatalisadores suportam reações mais intensas e sustentadas do que os compostos atualmente disponíveis no mercado. Os resultados do estudo foram publicados no ChemSusChem Diário.

Rafael Luque, um especialista externo da RUDN, trabalha na síntese de gama-valerolactona (GVL) junto com seus colegas chineses e espanhóis. Este líquido incolor pode ser obtido a partir de resíduos de alimentos ou sobras da colheita. O GVL pode ser usado como um solvente seguro ou um aditivo para a gasolina ou pode ser destilado em hidrocarbonetos, "combustível verde" para motores de combustão interna.

O uso industrial do GVL é dificultado por dois problemas principais. Em primeiro lugar, sua fabricação envolve catalisadores caros. A oferta atual do mercado consiste em substâncias à base de metais preciosos, como o rutênio. Segundo, os catalisadores disponíveis são incapazes de suportar uma reação sustentada.

Os autores do artigo em ChemSusChem sugeriu uma solução para ambos os problemas. Eles sintetizaram quatro novos catalisadores baseados em cristais de dióxido de titânio com 1 por cento, 2 por cento, 3 por cento e 5 por cento de participação de nanopartículas de rutênio (atualmente, os catalisadores contêm mais de 5 por cento). Em uma série de experimentos, os químicos procuravam não apenas os mais ativos, mas também o catalisador mais estável, capaz de suportar uma reação por um longo tempo.

Os pesquisadores prepararam o GVL a partir da hidrogenação do ácido levulínico ou levulinato de metila na presença de diferentes catalisadores, ambos novos (à base de dióxido de titânio) e conhecidos anteriormente. Eles também testaram a atividade catalítica do dióxido de titânio puro, experimentar cada substância em todas as condições possíveis. Os cientistas mudaram a temperatura, volume de catalisador, concentração da substância inicial no solvente, e a velocidade de entrada no reator.

O dióxido de titânio puro revelou não ter atividade catalítica. O GVL foi sintetizado a partir de substâncias iniciais apenas na presença de nanopartículas de rutênio. Todos os catalisadores à base de dióxido de titânio sintetizados pelos cientistas estavam ativos, mas a variação com o maior conteúdo (5 por cento) de nanopartículas mostrou eficiência máxima. Na sua presença, a reação ocorreu em 98 por cento da substância inicial, e 97 por cento dele foi usado para sintetizar o produto alvo (GVL).

Apesar da mesma proporção de rutênio, os resultados dos catalisadores previamente conhecidos foram consideravelmente mais baixos e os experimentos nunca empregaram biorresíduos de levulinato de metila. Por exemplo, na presença de um catalisador de rutênio à base de carbono, a reação ocorreu em 83 por cento de ácido levulínico, e apenas 52 por cento foram alocados para a síntese GVL.

A alta estabilidade dos novos catalisadores foi uma descoberta ainda mais importante. Enquanto os catalisadores tradicionais perderam sua atividade duas horas após o início da reação, As substâncias à base de dióxido de titânio melhoraram seus resultados nesse período. O catalisador com 5 por cento de participação de nanopartículas de rutênio superou os outros mais uma vez:o GVL manteve a síntese contínua por mais de 24 horas.

"Uma forma tradicional de síntese GVL envolve reações de curto prazo em reatores descontínuos, "diz Rafael Luque, professor do Centro de Design Molecular e Síntese de Compostos Inovadores para Medicina, e um especialista externo da RUDN. "Portanto, não havia catalisadores para a produção contínua de GVL. Conseguimos criar um relativamente barato, altamente eficiente, e sistema catalítico muito estável baseado em cristais de dióxido de titânio. O potencial dos novos catalisadores não se limita à síntese GVL - pretendemos usá-los em outros estudos. "