La Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah de Arabia Saudita ha desarrollado un catalizador altamente eficiente que convierte el gas propano en hidrocarburos más pesados. (KAUST) investigadores. Acelera significativamente una reacción química conocida como metátesis de alcanos, que podría usarse para producir combustibles líquidos.

El catalizador reorganiza el propano, que contiene tres átomos de carbono, en otras moléculas, como butano (que contiene cuatro carbonos), pentano (con cinco carbonos) y etano (con dos carbonos). "Nuestro objetivo es convertir alcanos de menor peso molecular en valiosos alcanos de la gama diésel", dijo Manoja Samantaray del Centro de Catálisis KAUST.

En el corazón del catalizador hay compuestos de dos metales, titanio y tungsteno, que están anclados a una superficie de sílice mediante átomos de oxígeno. La estrategia utilizada fue la catálisis por diseño. Estudios anteriores demostraron que los catalizadores monometálicos participaban en dos funciones: alcano a olefina y luego metátesis de olefina. Se eligió el titanio por su capacidad para activar el enlace CH de las parafinas para transformarlas en olefinas, y se eligió el tungsteno por su alta actividad para la metátesis de olefinas.

Para crear el catalizador, el equipo calentó sílice para eliminar la mayor cantidad de agua posible y luego añadió hexametil tungsteno y tetraneopentil titanio, formando un polvo de color amarillo claro. Los investigadores estudiaron el catalizador mediante espectroscopía de resonancia magnética nuclear (RMN) para mostrar que los átomos de tungsteno y titanio se encuentran extremadamente juntos en las superficies de sílice, quizás tan cerca como ≈0,5 nanómetros.

A continuación, los investigadores, dirigidos por el director del centro, Jean-Marie Basset, probaron el catalizador calentándolo a 150°C con propano durante tres días. Después de optimizar las condiciones de reacción (por ejemplo, permitiendo que el propano fluyera continuamente sobre el catalizador), descubrieron que los principales productos de la reacción eran etano y butano y que cada par de átomos de tungsteno y titanio podía catalizar un promedio de 10.000 ciclos antes. perdiendo su actividad. Este "número de rotación" es el más alto jamás reportado para una reacción de metátesis de propano.

Este éxito de la catálisis por diseño, proponen los investigadores, se debe a un efecto cooperativo esperado entre los dos metales. Primero, un átomo de titanio elimina los átomos de hidrógeno del propano para formar propeno y luego un átomo de tungsteno vecino rompe el propeno en su doble enlace carbono-carbono, creando fragmentos que pueden recombinarse en otros hidrocarburos. Los investigadores también descubrieron que los polvos catalizadores que contenían sólo tungsteno o titanio funcionaban muy mal; Incluso cuando estos dos polvos se mezclaron físicamente, su rendimiento no igualó al catalizador cooperativo.

El equipo espera diseñar un catalizador aún mejor, con un mayor número de ventas y una vida útil más larga. "Creemos que en un futuro próximo la industria podrá adoptar nuestro enfoque para producir alcanos de la gama diésel y, más en general, de catálisis por diseño", afirmó Samantaray.