Um catalisador altamente eficiente que converte gás propano em hidrocarbonetos mais pesados ​​foi desenvolvido pela Universidade de Ciência e Tecnologia King Abdullah da Arábia Saudita. (KAUST) pesquisadores. Acelera significativamente uma reação química conhecida como metátese de alcano, que poderia ser usada para produzir combustíveis líquidos.

O catalisador reorganiza o propano, que contém três átomos de carbono, em outras moléculas, como butano (contendo quatro carbonos), pentano (com cinco carbonos) e etano (com dois carbonos). “Nosso objetivo é converter alcanos de baixo peso molecular em valiosos alcanos da faixa diesel”, disse Manoja Samantaray, do Centro de Catálise KAUST.

No coração do catalisador estão compostos de dois metais, titânio e tungstênio, que são ancorados a uma superfície de sílica por meio de átomos de oxigênio. A estratégia utilizada foi a catálise by design. Estudos anteriores mostraram que os catalisadores monometálicos desempenhavam duas funções: alcano em olefina e depois metátese de olefina. O titânio foi escolhido por sua capacidade de ativar a ligação CH das parafinas para transformá-las em olefinas, e o tungstênio foi escolhido por sua alta atividade para metátese de olefinas.

Para criar o catalisador, a equipe aqueceu a sílica para remover o máximo de água possível e depois adicionou hexametil tungstênio e tetraneopentil titânio, formando um pó amarelo claro. Os pesquisadores estudaram o catalisador usando espectroscopia de ressonância magnética nuclear (NMR) para mostrar que os átomos de tungstênio e titânio ficam extremamente próximos nas superfícies de sílica, talvez tão próximos quanto ≈0,5 nanômetros.

Os pesquisadores, liderados pelo diretor do centro, Jean-Marie Basset, testaram então o catalisador aquecendo-o a 150°C com propano durante três dias. Depois de otimizar as condições de reação – por exemplo, permitindo que o propano flua continuamente sobre o catalisador – eles descobriram que os principais produtos da reação eram etano e butano e que cada par de átomos de tungstênio e titânio poderia catalisar uma média de 10.000 ciclos antes. perdendo sua atividade. Este “número de rotatividade” é o mais alto já relatado para uma reação de metátese de propano.

Este sucesso da catálise por design, propõem os pesquisadores, se deve a um efeito cooperativo esperado entre os dois metais. Primeiro, um átomo de titânio remove átomos de hidrogénio do propano para formar propeno e depois um átomo de tungsténio vizinho quebra o propeno na sua ligação dupla carbono-carbono, criando fragmentos que podem recombinar-se noutros hidrocarbonetos. Os pesquisadores também descobriram que os pós catalisadores contendo apenas tungstênio ou titânio tiveram um desempenho muito fraco; mesmo quando estes dois pós foram fisicamente misturados, o seu desempenho não correspondeu ao catalisador cooperativo.

A equipe espera projetar um catalisador ainda melhor, com maior volume de negócios e vida útil mais longa. “Acreditamos que, num futuro próximo, a indústria poderá adotar nossa abordagem para a produção de alcanos na faixa diesel e, mais geralmente, de catálise por design”, disse Samantaray.