El metanol es uno de los productos químicos básicos más importantes que se utilizan, por ejemplo, para producir plásticos o materiales de construcción. Para hacer que el proceso de producción sea aún más eficiente, Sería útil saber más sobre el catalizador de cobre / óxido de zinc / óxido de aluminio utilizado en la producción de metanol. Hasta la fecha, sin embargo, no ha sido posible analizar la estructura de su superficie en condiciones de reacción. Un equipo de Ruhr-Universität Bochum (RUB) y el Instituto Max Planck para la Conversión de Energía Química (MPI CEC) ahora ha logrado obtener información sobre la estructura de su sitio activo. Los investigadores describen sus hallazgos en la revista. Comunicaciones de la naturaleza .

En una primera el equipo demostró que el componente de zinc del sitio activo está cargado positivamente y que el catalizador tiene hasta dos sitios activos a base de cobre. "El estado del componente de zinc en el sitio activo ha sido objeto de controversias desde que se introdujo el catalizador en la década de 1960. Según nuestros hallazgos, ahora podemos derivar numerosas ideas sobre cómo optimizar el catalizador en el futuro, "describe el profesor Martin Muhler, Jefe del Departamento de Química Industrial de RUB y Max Planck Fellow en MPI CEC. Para el proyecto, colaboró ​​con el investigador de Bochum, el Dr. Daniel Laudenschleger, y el investigador de Mülheim, el Dr. Holger Ruland.

Producción sostenible de metanol

El estudio se incluyó en el proyecto Carbon-2-Chem, cuyo objetivo es reducir el CO ₂ emisiones mediante el uso de gases metalúrgicos producidos durante la producción de acero para la fabricación de productos químicos. En combinación con hidrógeno producido electrolíticamente, Los gases metalúrgicos también podrían servir como material de partida para la síntesis sostenible de metanol. Como parte del proyecto Carbon-2-Chem, el equipo de investigación examinó recientemente cómo las impurezas en los gases metalúrgicos, como los que se producen en plantas de coquización o altos hornos, afectar el catalizador. En última instancia, esta investigación allanó el camino para conocer la estructura del sitio activo.

Sitio activo desactivado para análisis

Los investigadores habían identificado moléculas que contienen nitrógeno (amoníaco y aminas) como impurezas que actúan como venenos catalíticos. Desactivaron el catalizador, pero no de forma permanente:si las impurezas desaparecen, el catalizador se recupera por sí mismo. Utilizando un aparato de investigación único que se desarrolló internamente, es decir., un aparato de flujo de funcionamiento continuo con una unidad de pulso de alta presión integrada, los investigadores pasaron amoniaco y aminas sobre la superficie del catalizador, desactivando temporalmente el sitio activo con un componente de zinc. A pesar de que el componente de zinc está desactivado, todavía tuvo lugar otra reacción en el catalizador:a saber, la conversión de eteno en etano. Los investigadores detectaron así un segundo sitio activo que operaba en paralelo, que contiene cobre metálico pero no tiene componente de zinc.

Dado que el amoníaco y las aminas están unidos a iones metálicos cargados positivamente en la superficie, era evidente que el zinc, como parte del sitio activo, lleva una carga positiva.