Durante la última década se ha incrementado significativamente el interés en nuevos materiales mesoporosos con estructura porosa ordenada y bien definida, tales como MCM-41, MCM-48, HMS, SBA-15, SBA-16, etc. Estos materiales, llamados frecuentemente “materiales nanoestructurados”, ya han encontrado aplicación en diferentes áreas de química, tales como fotocatálisis, polimerización, reacciones de oxidación y de catálisis ácida, así como soportes catalíticos en los procesos de hidrotratamiento (HDT) de diferentes fracciones del petróleo. Esta última aplicación es una de las más importantes debido a la patente necesidad de desarrollar nuevos catalizadores, más activos y selectivos que los catalizadores convencionales basados en Mo soportado en alúmina, para poder obtener combustibles más limpios de los que se usan actualmente y de esta manera mejorar la situación ambiental en México. En nuestro grupo de trabajo, durante los años 1994-2008, hemos desarrollado investigaciones encaminadas en la búsqueda de nuevos materiales sólidos con características adecuadas para servir como soportes para catalizadores de HDT. En el presente proyecto se propone continuar con esta linea de investigación sobre nuevas formulaciones catalíticas soportadas en materiales mesoporosos nanoestructurados de tipo SBA-15 y MCM-41 de diferentes composiciones y propiedades fisicoquímicas para obtener la información de caracter fundamental que permite entender su comportamiento más a fondo y desarrollar nuevos catalizadores que pueden representar una alternativa de mayor eficiencia a los catalizadores convencionales de HDT (NiMo o NiW/Alúmina). Adicionalmente en el presente proyecto se propone abordar otra problematica importante: la escasez del petróleo y la necesidad de desarrollo de nuevos combustibles que pueden sustituir a la gasolina y el diesel en los vehículos automotores actuales. En este sentido, se propone abrir una nueva linea de investigaciones que es el desarrollo de nuevos catalizadores heterogéneos para la producción de biodiesel, un combustible alternativo al diesel del petróleo, renovable y más limpio. Se espera que los nuevos materiales nanoestructurados de carácter básico (MCM-41 y SBA-15 modificados con cationes de metales alcalinos y alcalinotérreos) que se desarrollarán en el presente proyecto serán catalizadores sólidos adecuados para la transesterificación de acietes vegetales con metanol. Por todo lo anterior, el objetivo principal del presente proyecto es el desarrollo de nuevos materiales mesoporosos nanoestructurados que tengan propiedades texturales y fisicoquímicas adecuadas para ser utilizados como soportes o catalizadores para diferentes aplicaciones catalíticas, en particular, para las reacciones involucradas en el proceso de hidrotratamiento y para la reacción de transesterificación utilizada en la producción de biodiesel. El cumplir con este objetivo permitirá obtener un gama amplio de los nuevos materiales con diferentes tipos de arreglos porosos (hexagonales o cúbicos) y atractivas propiedades texturales, tales como el área especifica, diámetro y volumen de poros, así como con diferentes propiedades ácido-básicas y electrónicas que pueden encontrar aplicaciones en diferentes campos de la catálisis heterogénea. En cuanto a la formación de recursos humanos se contempla formar, a lo largo del proyecto, tres alumnos de licenciatura, cuatro de maestría y dos de doctorado. En los términos de publicaciones, se espera realizar dos publicaciones por año en revistas internacionales arbitradas y una en memorias de congresos en extenso. En cuanto a la presentación de los resultados obtenidos en congresos, se planea participar en un congreso internacional y uno nacional por año.

A nivel mundial, los problemas de contaminación ambiental por óxidos de azufre y nitrógeno y la escasez de las reservas del petróleo son temas de gran importancia y actualidad lo que los hace sujetos de intensos estudios. Es por esta razón que en el presente proyecto se propone desarrollar nuevos materiales mesoporosos nanoestructurados para ser aplicados como soportes o catalizadores que ayuden a resolver toda una serie de problemas relacionados con el mejoramiento de la calidad de los combustibles producidos a partir del petróleo y como consecuencia disminuir la contaminación ambiental, asi como obtener nuevos combustibles alternativos, renovables y limpios como lo es el biodiesel. El resolver el problema de hidrotratamiento de alta eficiencia presenta un reto importante dado que actualmente no existen los procesos que permiten producir el diesel de petróleo de la calidad adecuada a las normas ecológicas actuales. El enfoque que se propone para atender el problema de eliminación de contaminantes refractarios de las fracciones pesadas del petróleo comprende la preparación de nuevos catalizadores soportados en materiales mesoporosos nanoestructurados de las familias MCM-41 y SBA-15 modificados con diferentes heteroátomos (titanio, zirconio, aluminio, etc.). A la fecha en nuestro laboratorio ya se han realizado estudios sobre el comportamiento de estas formulaciones catalíticas en la reacción modelo de hidrodesulfuración (HDS) de dibenzothiofeno y 4,6-dimetildibenzotiofeno, y los resultados obtenidos mostraron su alta actividad en la HDS (significativamente mayor que de los análogos comerciales). Sin embargo, no se ha realizado la evaluación del desempeño de estos catalizadores en otros procesos de hidrotratamiento (hidrodesnitrogenación e hidrogenación de aromáticos) que se propone dentro del presente proyecto. El tener esta información permitirá seleccionar los catalizadores promisorios para poder ser usados en el tratamiento del crudo real y predecir su comportamiento. El segundo problema a atacar es el desarrollo de nuevos catalizadores heterogéneos para la reacción de transesterificación que es la principal reacción involucrada en la producción de biodiesel. Actualmente la producción de biodiesel se realiza utilizando soluciones de hidróxidos de sodio o potasio en condiciones de catálisis homogénea lo que conlleva a toda un gama amplio de problemas tales como la pérdida del catalizador, dificultad de separar el catalizador para volverlo a usar, formación de jabones y emulsiones y problemas de su separación. El desarrollo de un nuevo catalizador sólido permitirá evitar todas estas complicaciones del proceso y disminuir el costo del biodiesel. Esto explica los grandes esfuerzos que se realizan a nivel mundial en la búsqueda de posibles catalizadores sólidos para la transesterificación. En el presente proyecto se propone sintetizar los materiales mesoporosos nanoestructurados de carácter básico (modificados con cationes de Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Ba2+, etc.) y evaluar su desempeño catalítico en la transesterificación del aceite vegetal.