Catálisis

¿Qué es un catalizador?

En la catálisis se emplean catalizadores, sustancias químicas capaces de aumentar la velocidad de reacción y la selectividad hacia los productos de interés, ya que disminuyen la energía de activación de la etapa limitante de reacción. El catalizador no es consumido a lo largo de la reacción, por lo que puede reutilizarse en varios ciclos de reacción aumentando así la viabilidad del proceso. El catalizador puede sufrir cambios que provoquen su desactivación o la reducción de su actividad catalítica y, en estos casos, es necesaria una etapa de regeneración previamente a su reutilización.

Cómo se relaciona la catálisis con la Química Verde

A diario se generan grandes cantidades de residuos mediante procesos químicos. En particular, el uso de equivalentes estequiométricos produce subproductos no deseados como sales inorgánicas. Los procedimientos químicos estequiométricos están siendo cada vez más sustituidos por alternativas catalíticas más eficientes, lo que permite a los químicos reducir el consumo de energía y recursos. Una catálisis más respetuosa con el medio ambiente implica alejarse de los procesos estequiométricos hacia reacciones catalíticas homogéneas y heterogéneas utilizando catalizadores orgánicos, organometálicos, inorgánicos y biológicos.

Soluciones en catálisis

En AIMPLAS trabajamos tanto en la síntesis y modificación de catalizadores, como en su posterior utilización en procesos catalíticos persiguiendo diferentes objetivos:

• Síntesis de materiales plásticos reduciendo el consumo energético y la toxicidad.
• Reciclaje químico de plásticos para la obtención de nuevos materiales de valor añadido. Mejora del rendimiento de procesos de solvólisis, craqueo biológico, reciclado enzimático y pirólisis.
• Revalorización de las emisiones de CO₂ y de residuos en productos de química fina, polímeros y biocombustibles renovables.
• Catálisis enzimática para alcanzar elevados rendimientos de degradación de los plásticos.

Tipos de catálisis

La naturaleza química de los catalizadores es muy amplia. En función de si se encuentran en la misma fase que el medio de reacción o no se diferencia entre:

• Catálisis homogénea »
• Catálisis heterogénea »
• Catálisis heterogeneizada » considerada como una combinación de las anteriores.
• Catálisis enzimática » Se diferencia de la anterior cuando el catalizador empleado es una enzima.

Catálisis homogénea

Se considera catálisis homogénea aquella que comprende sistemas formados por una sola fase, es decir, los reactivos, productos y catalizadores se encuentran en la misma fase, la cual generalmente suele ser líquida.

El catalizador se encuentra disperso uniformemente en el medio de reacción y la interacción entre los reactivos y el catalizador se ve más favorecida, obteniéndose velocidades de reacción más rápidas en comparación con la catálisis heterogénea. Como contrapartida, es más complicado separar/eliminar el catalizador del medio de reacción, lo que puede llevar un mayor coste con respecto a los procesos heterogéneos.

Los catalizadores homogéneos más utilizados son complejos organometálicos.

Catálisis heterogénea

La catálisis heterogénea tiene lugar cuando el catalizador se encuentra en una fase distinta a la de los reactantes y productos, generalmente sólido-líquido o sólido-gas. La reacción transcurre en la superficie del catalizador donde están presentes los centros activos. Por ello, cuanto menor es el tamaño de partícula del catalizador, mayor es el área superficial para una masa dada y mayor la actividad del catalizador.

La catálisis heterogénea presenta una mayor especificidad, ya que la actividad sólo se da en los centros activos localizados en la superficie del catalizador. Aunque su coste inicial suele ser superior a la de los catalizadores homogéneos, estos catalizadores presentan una elevada estabilidad y son fácilmente recuperables, por lo que pueden reutilizarse en varios ciclos de reacción reduciendo el impacto económico y ambiental. En algunas ocasiones es necesario regenerar el catalizador previamente a su reutilización.

Catálisis heterogeneizada

La catálisis heterogeneizada emplea catalizadores que presentan fenómenos de superficie, es decir, no están en la misma fase, pero pueden generar compuestos que se disuelvan, se involucren en un ciclo de catálisis homogénea y generen nuevamente los catalizadores heterogeneizados permitiendo adquirir una sinergia entre las propiedades heterogéneas y homogéneas favoreciendo el efecto catalítico.

Catálisis enzimática

La catálisis enzimática los catalizadores empleados son enzimas, catalizadores biológicos que encontramos en la naturaleza y que comúnmente son de naturaleza proteica (polímeros de aminoácidos). La catálisis enzimática se puede llevar a cabo tanto de forma homogénea como heterogénea y se emplea en una gran cantidad de reacciones (hidrólisis, polimerizaciones por apertura de anillo, condensaciones, etc.). Una de las grandes ventajas de las enzimas es su elevada selectividad. Las enzimas inmovilizadas son fácilmente recuperables y reutilizables.