Valorización de la fructosa a 5-etoximetilfurfural empleando un catalizador carbonoso poroso bifuncional (2025)
La creciente dependencia de los combustibles fósiles para la producción de combustibles, compuestos químicos y materiales ha generado graves problemas ambientales, impulsando la búsqueda de alternativas sostenibles basadas en fuentes renovables como la biomasa. En este contexto, el 5-etoximetilfurfural (5-EMF) emerge como un biocombustible avanzado con alta densidad energética, obtenido a partir de la transformación de azúcares derivados de la biomasa. La ruta de síntesis involucra la deshidratación de la fructosa a 5-hidroximetilfurfural (5-HMF) y su posterior eterificación. El principal desafío tecnológico radica en el desarrollo de catalizadores heterogéneos bifuncionales, que posean simultáneamente sitios ácidos de Lewis para favorecer reacciones de isomerización y sitios ácidos Brønsted para favorecer reacciones de deshidratación, que sean altamente selectivos y estables para optimizar esta conversión de fructosa a productos de alto valor agregado. En este trabajo se desarrollaron catalizadores carbonosos mesoporosos (NCMK3) con alta área superficial (600 m2/g), dopados con nitrógeno y con una incorporación metálica efectiva de los pares Co−Fe y Ni−Fe, confirmada por ICP. La caracterización por DRX mostró la formación de NiO en el catalizador con níquel y hierro, mientras que no se evidenció la formación de especies de óxidos de cobalto en el catalizador con cobalto y hierro. La caracterización por FT-IR verificó la exitosa funcionalización con grupos sulfónicos. El catalizador bifuncional Co4,31Fe0,45NCMK3-SR demostró ser el más activo, alcanzando una conversión de fructosa del 94% después de 8 horas de reacción a 160◦C a presión atmosférica . Este rendimiento fue superior al del catalizador que solo contenía sitios Lewis, demostrando la sinergia crucial entre ambos tipos de acidez. El análisis de los productos de reacción por GC-MS permitió identificar la formación tanto del intermedio 5-HMF como del producto deseado, 5-EMF.