La Universidad de Ciencia y Tecnología King 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 utilizarse para producir combustibles líquidos.

El catalizador reordena el propano, que contiene tres átomos de carbono, en otras moléculas, como el butano (que contiene cuatro carbonos), pentano (con cinco carbonos) y etano (con dos carbonos). "Nuestro objetivo es convertir alcanos de bajo peso molecular en valiosos alcanos de rango 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 a través de átomos de oxígeno. La estrategia utilizada fue la catálisis por diseño. Estudios anteriores demostraron que los catalizadores monometálicos tenían dos funciones:alcano a olefina y luego metátesis de olefina. Se eligió el titanio por su capacidad para activar el enlace C-H 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 agregó hexametil tungsteno y tetraneopentil titanio, formando un polvo de color amarillo claro. Los investigadores estudiaron el catalizador utilizando 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.

Los investigadores, dirigido por el director del centro Jean-Marie Basset, luego probó el catalizador calentándolo a 150 ° C con propano durante tres días. Después de optimizar las condiciones de reacción, por ejemplo, al permitir que el propano fluya continuamente sobre el catalizador, encontraron que los productos principales 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 de perder su actividad. Este "número de rotación" es el más alto jamás informado para una reacción de metátesis de propano.

Este éxito de la catálisis por diseño, los investigadores proponen, 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 encontraron que los polvos de catalizador que contienen sólo tungsteno o titanio se comportan muy mal; incluso cuando estos dos polvos se mezclaron físicamente, su desempeño no coincidió con el catalizador cooperativo.

El equipo espera diseñar un catalizador aún mejor con un mayor número de rotación, y una vida útil más larga. "Creemos que en un futuro cercano, la industria puede adoptar nuestro enfoque para producir alcanos de rango diesel y, en general, de catálisis por diseño, "dijo Samantaray.