Un grupo de científicos japoneses ha desarrollado un sistema ultraestable catalizador selectivo para deshidrogenar propano, un proceso esencial para producir la sustancia petroquímica clave del propileno, sin desactivación, incluso a temperaturas de más de 600 grados C.

El propileno es una materia prima importante para los plásticos, caucho sintético, tensioactivos, tintes y productos farmacéuticos. En años recientes, ha habido una mayor demanda de propileno producido a partir de propano originado en el esquisto. Son necesarias temperaturas de reacción de más de 600 grados C para obtener suficientes rendimientos de propileno, pero bajo estas duras condiciones, La desactivación severa del catalizador es inevitable debido a la deposición y / o sinterización de carbono. Catalizadores en uso práctico, por lo tanto, debe regenerarse de forma continua o en ciclos cortos, haciendo que el proceso sea ineficaz y costoso.

En el presente estudio, el grupo, incluyendo un estudiante de maestría Yuki Nakaya y el profesor asociado Shinya Furukawa en el Instituto de Catálisis de la Universidad de Hokkaido, centrado en los intermetálicos (PtGa) de platino (Pt) y galio (Ga), que tienen propiedades y estructuras únicas. PtGa tiene una alta estabilidad térmica y su estructura no cambia, incluso a altas temperaturas. También se sabe que tiene dos tipos de sitios catalíticos en su superficie:un sitio con tres átomos de Pt (sitio Pt3) y uno con Pt aislado en forma de átomo único (sitio Pt1).

El grupo planteó la hipótesis de que si los sitios Pt3, que facilitan la deposición de carbono además de producir propileno, se desactivan para permitir que solo funcionen los sitios Pt1, el catalizador será ultraestable y también podrá prevenir la deposición de carbono. El grupo probó varios metales y métodos de síntesis de catalizadores para preservar solo la función del sitio Pt1.

El catalizador recientemente desarrollado (PtGa-Pb / SiO ₂ ), que tiene un soporte de sílice y se obtiene agregando plomo (Pb) a la superficie de PtGa, no muestra desactivación cuando se deshidrogena propano a 600 grados C. El catalizador mantuvo la tasa de conversión inicial del 30 por ciento durante 96 horas después de que comenzara la reacción, que es significativamente más estable que los catalizadores convencionales. La selectividad de propileno es tan alta como 99,6 por ciento con pocas reacciones secundarias, incluida la deposición de carbono. Los resultados mostraron que este catalizador produce el mejor rendimiento del mundo a temperaturas de 580 grados C o más. En particular, su vida útil es más del doble que la longevidad récord reportada anteriormente para tales catalizadores. Es más, el catalizador se puede producir tan barato como los catalizadores convencionales. Su análisis estructural confirmó los sitios Pt3, no sitios Pt1, fueron cubiertos y desactivados por Pb, como esperaban.

"Nuestro hallazgo podría conducir a un proceso industrial más eficiente y económico para producir propileno a partir de propano sin la necesidad de regeneración del catalizador, que es muy superior en selectividad y estabilidad a los convencionales, "dice Furukawa." Además, este método podría ser aplicable a la deshidrogenación de otros alcanos inferiores como etano e isobutano, contribuyendo así al desarrollo de la industria petroquímica ".

El estudio se publica en Comunicaciones de la naturaleza .