Síntesis y caracterización de catalizadores para la conversión de derivados de biomasas a productos de alto valor agregado

Abstract

La cáscara de naranja representa una fuente renovable de carbono con potencial para la obtención de productos químicos de alto valor agregado. En este trabajo se desarrolló una estrategia de valorización integral de este residuo mediante el uso de catalizadores heterogéneos, incluyendo nanotubos de titanato y zeolitas. Los nanotubos de titanato fueron sintetizados y modificados para evaluar su desempeño en la conversión del ácido D-galacturónico, principal componente de la pectina para la producción de ácido múcico. Paralelamente, se buscó aprovechar los azúcares liberados durante la transformación de la biomasa, con el propósito de establecer un esquema de valorización integral de la cáscara de naranja. En este contexto, se evaluó el efecto de las condiciones de extracción de pectina, así como la influencia de los minerales presentes naturalmente en la biomasa sobre su transformación catalítica. Asimismo, se comparó el desempeño de catalizadores homogéneos y heterogéneos en la conversión de los componentes de la biomasa. Para comprender la formación y conservación de los productos de interés, se estudiaron las rutas de degradación de compuestos representativos presentes en la cáscara de naranja, con enfoque a los mecanismos responsables de la pérdida de ácido galacturónico y a las condiciones que favorecen su conservación. Finalmente, se investigó la oxidación catalítica del ácido galacturónico hacia ácido múcico, determinando el efecto de las impurezas presentes en los hidrolizados sobre el rendimiento de oxidación. Los resultados demostraron que la composición mineral de la biomasa, la naturaleza de los sitios activos de los catalizadores y las rutas de degradación de los intermediarios desempeñan un papel determinante en la eficiencia global del proceso.

Orange peel represents a renewable carbon source with potential for the production of high-value chemicals. In this work, an integrated valorization strategy was developed for this waste using heterogeneous catalysts, including titanate nanotubes and zeolites. The titanate nanotubes were synthesized and modified to evaluate their performance in the conversion of D-galacturonic acid, the main component of pectin, toward mucic acid. In parallel, the sugars released during biomass transformation were considered for further valorization, with the aim of establishing an integrated approach for the utilization of orange peel. In this context, the effect of pectin extraction conditions and the influence of naturally occurring minerals in the biomass on its catalytic transformation were evaluated. The performance of homogeneous and heterogeneous catalysts in the conversion of biomass components was also compared. To better understand the formation and preservation of the products of interest, the degradation pathways of representative compounds present in orange peel were investigated, focusing on the mechanisms responsible for the loss of galacturonic acid and the conditions that favor its preservation. Finally, the catalytic oxidation of galacturonic acid to mucic acid was investigated, with particular emphasis on the effect of impurities present in the hydrolysates on the oxidation yield. The results demonstrated that the mineral composition of the biomass, the nature of the active sites, and the degradation pathways of the intermediates play a key role in the overall efficiency of the process.