Academia Mexicana de Ciencias
Boletín AMC/067/14
México, D.F., 25 de febrero de 2014

• La química fina mexicana es incipiente y para poder desarrollarla hace falta contactar con la industria nacional, asegura Tomás Viveros
• Investigadores mexicanos buscan desarrollar catalizadores bifuncionales para poder realizar el proceso de reacción en menos etapas

El doctor Tomás Viveros García, investigador de la Universidad Autónoma Metropolitana y coordinador del área de ingeniería de la Academia Mexicana de Ciencias.
Foto: Jesús Villaseca Chávez/AMC.
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Cerca del 90 por ciento de los productos químicos manufacturados como la gasolina, algunas fragancias y productos agroquímicos se obtienen mediante procesos que requieren el empleo de catalizadores en al menos una etapa de su proceso, lo que hace que el diseño de estos elementos sea crucial para el desarrollo de la industria química.

El doctor Tomás Viveros García, especialista en procesos de ingeniería química de la Universidad Autónoma Metropolitana, ha realizado investigación y lo ha hecho en el diseño de catalizadores para sintetizar el mentol a partir de una molécula que lo compone, el citral, con el objetivo de generar algunos productos, desde fragancias hasta pastas dentífricas.

Los catalizadores son sustancias químicas que modifican la velocidad de una reacción, interviniendo en ella pero sin llegar a formar parte de los productos resultantes de la misma.

Al realizar cambios estructurales en la molécula a través de procesos químicos, el intermediario que operará será el catalizador. Para ello se necesita saber exactamente cuáles son los cambios que debe realizar en las estructuras moleculares de la sustancia, de ahí que el diseño de catalizadores adquiere relevancia.

“El diseño consiste en construir un modelo teórico donde se especifican las funciones del catalizador, se hace la pregunta ¿qué se espera que haga? Después se experimenta en el laboratorio y posteriormente en una planta piloto”, explicó el doctor Viveros, coordinador del área de ingeniería de la Academia Mexicana de Ciencias.

Existen dos tipos de catálisis, la heterogénea, en la que los catalizadores están en distinta fase física a la sustancia que se va a purificar, por ejemplo, un catalizador sólido y una sustancia liquida; y la homogénea, donde los catalizadores están en la misma fase de la sustancia a purificar, ambos en estado líquido. El principal problema en este tipo de catálisis es que al encontrarse los reactivos en la misma fase no se pueden distinguir con facilidad dificultándose la separación de compuestos; además se tiene que tomar en cuenta que el catalizador no se puede volver a utilizar.

“Nosotros empleamos la catálisis heterogénea porque es un proceso más fácil de operar por la recuperación del catalizador y evidentemente menos contaminante, ya que una vez que termina la reacción se separa el sólido del reactivo y se reutiliza”, explicó.

La técnica de catálisis se basa en un procedimiento químico en donde se tienen dos componentes principales: el catalizador llamado “agente activo” y un material que le sirve de infraestructura, que normalmente es sólido y poroso, en donde se encuentra este agente activo.

“Con este procedimiento buscamos aumentar la cantidad de material activo en el menor volumen posible, por ejemplo, tenemos un material poroso de 5 centímetros cuadrados, en superficie externa, pero debido a la porosidad del material, se puede tener 200 metros cuadrados por cada gramo de material. El volumen aumenta por los nano poros y dentro de ellos se deposita el material”.

La técnica de preparación de los catalizadores utilizada en el laboratorio de Tomás Viveros se llama sol-gel, una técnica que le permite controlar la velocidad de las reacciones químicas, ya que con la técnica tradicional la reacción entre los compuestos es muy rápida lo que ocasiona que no se pueda controlar el tamaño de las partículas.

El proceso, como lo describió el investigador, consiste en formar primero una solución coloidal en donde las pequeñas partículas están en movimiento sin precipitar, se mantienen así por las fuerzas electrostáticas entre ellas que las mantienen en solución. Luego se forma una partícula más grande y comienza un proceso denominado gelación, después el solvente es retirado y reutilizado.

En la industria de la química fina el trabajo con citral ha sido un reto para el científico, pues no sólo diseña distintos catalizadores que puedan hidrogenar partes específicas de la molécula del mentol, o modificar su estructura química para hacerla un aromático, también ha buscado desarrollar catalizadores bifuncionales para poder realizar el proceso de reacción en menos etapas.

Ante el interés de compañías como la japonesa Takasago en los procesos de la química fina en México, Tomás Viveros señaló que el gran problema de esta área de la ciencia es que todas las compañías son transnacionales, donde el desarrollo tecnológico no lo hace nuestro país sino las matrices, por lo que la química fina mexicana es incipiente y para poder desarrollarla hace falta contactar con la industria nacional.

Mariana Dolores