Development of hydrothermally stable catalysts for the valorization of ligno-cellulosic feedstocks to biofuels and renewable chemical platforms in hot liquid water

espanolLa realizacion de reacciones cataliticas en fase acuosa esta adquiriendo un papel relevante debido a las ventajas que supone en terminos de viabilidad economica, sinergias entre procesos cataliticos quimicos y biologicos y por tratarse de un solvente no contaminante. Por tanto, desarrollo de materiales cataliticos hidrotermicamente estables en agua es crucial para el desarrollo de estas reacciones anteriomente mencionadas en las que por un lado no se produzca el colapso de la estructura, ni lixiaviado del metal, asi como desactivacion del catalizador por competicion en los sitios activos. En esta tesis doctoral se ha realizado el diseno, la sintesis, la caracterizacion, prueba de actividad catalitica, calculos cineticos y de reciclabilidad de solidos estables en fase acuosa para la reaccion de cetonizacion de acidos carboxilicos de cadena corta en cetonas. En concreto, se ha observado que, para el caso estudiado,la hidrofobizacion de materiales cataliticos sensibles al aguatiene como resultado la proteccion de estos frente a su colapsoo desactivacionpor la accion del agua en fase liquida permitiendo la reaccion de las moleculas organicas, en esta trabajo se ha utilizado los acidos carboxilicos presentes en la fase acuosa del bio-aceite (e. g. acido acetico). El estudio ha tratado tanto con moleculas modelo para la demostracion de la prueba de concepto como confase acuosa de bio-aceite real donde las condiciones de trabajo son mas arduaspara el catalizadordebido al alto numero de compuestos presentes. Los estudios de reciclabilidad indican la actividad del catalizador persiste tras tres ensayos bajo condiciones de reaccion. Es tambien destacable que el escalado industrial de los catalizadores tanto en terminos de acceso a los materiales, reproducibilidady simplicidad de sintesis ha sido tenido en cuenta en el diseno de los mismos, y que los catalizadores disenados podrian ser escalables, si bien serian necesarias pruebas adicionales en terminos de estructuracion de los mismos. Esta metodologia podriaser aplicadaa otras reacciones de conversion de biomasa en fase liquida como son la hidrogenacion de azucarese incluso en procesos de reformado de alcoholes o procesos quimicos donde la aparicion de agua suponga un limite para la estabilidad y,por tanto para la actividad del catalizador. EnglishPerforming catalytic reactions in aqueous phase is acquiring an important role because of the advantages in terms of economic viability, synergies between biological and chemical catalytic processes and for being a clean solvent. Therefore, development of hydrothermally stable catalytic materials in water is crucial to tackle the gap of knowledge present inbeforementionedsituationsin which no collapse of the structure, normetal leaching, neithercatalyst deactivation by competition in active sitesoccurs. This workhas carried out the design, synthesis, characterization, catalytic activity tests, kinetic calculations and recyclability of stable solidsinaqueous phase for the reaction of carboxylic acids ketonization short chain ketones. Specifically, it has been observed that, for the case studied, the hydrophobizing catalytic materials to water results in their protection against collapse or deactivation by the action of water in liquid phase enabling the reaction of organic molecules, inthis work, particulary it has used the carboxylic acids present in the aqueous phase of the bio-oil (e.g.acetic acid). The study has performed tests on model molecules for demonstrating proof of concept as well as using real aqueous phase bio-oil where working conditions are more arduous for the catalyst due to the high number of compounds present. Studies indicate recyclability catalyst activity persists after three trials under reaction conditions. It is also noteworthy that the industrial scale of the catalysts bothin terms of access to materials, reproducibility and ease of synthesis has been taken into account in the design, and catalysts manufactured could be scalable, although furtherevidencewould be requiredin terms of structure. This methodology could be applied to other conversion reactions of biomass in liquid phase such as the hydrogenation of sugars and even in reforming processes alcohols or chemical processes where the appearance of water represents a limit for the stability and thus for activity catalyst.