Los aromáticos son los principales componentes básicos de los polímeros, o plásticos, que aparecen como todo, desde botellas de PET para agua hasta respirables, ropa de poliéster resistente a las arrugas. Estos petroquímicos comprenden un sector de valor añadido de la industria energética. El proceso para refinar el petróleo crudo en corrientes aromáticas útiles para uso derivado a menudo implica el uso de un catalizador para facilitar las reacciones químicas. Entre los diversos tipos de catalizadores, muchas son zeolitas, aluminosilicatos porosos, como ZSM-5, una zeolita sintética única utilizada prolíficamente en la mejora de productos químicos en alquilación e isomerización. Los productores de petroquímicos buscan constantemente minimizar los costos generales para capear la volatilidad en los mercados de productos básicos y brindar un producto final competitivo a la persona promedio.

Jeffrey Rimer, Profesor Abraham E. Dukler de la Facultad de Ingeniería Cullen de la Universidad de Houston y Javier García-Martínez, catedrático de química inorgánica de la Universidad de Alicante, han descubierto un método de siembra que simplifica el proceso de síntesis y da como resultado la acumulación espontánea de zeolitas. El trabajo está publicado en Materiales avanzados . El proceso da como resultado más concentrado de aluminio en la zeolita y una estructura cristalina única para facilitar las reacciones químicas con una menor acumulación de carbono.

"Esta novedosa técnica tiene la ventaja de producir láminas más gruesas y bien formadas, que es importante para producir materiales altamente estables, una característica importante en la mayoría de las aplicaciones de relevancia industrial, "dijo Martínez.

"Estos catalizadores jerárquicos muestran una mejora sin precedentes en el rendimiento del catalizador con tasas de desactivación 4 veces más bajas, aumentos de cinco veces en la actividad y aumentos de casi dos veces en la selectividad, "según Rimer.

En la industria, Los productores de petroquímicos a menudo deben realizar renovaciones cada dos años aproximadamente para regenerar un catalizador o reemplazarlo por completo. En los EE.UU, Desde finales del primer trimestre hasta principios del segundo trimestre, por lo general, varios refinadores necesitan un período de mantenimiento de dos semanas a dos meses para adaptarse a esto. Durante ese tiempo, la producción y la ganancia se pierden, y aunque estos catalizadores de zeolita jerárquicos mejorados no terminarán por completo con los cambios, su tamaño más pequeño pero estable de 30-60 nanómetros suministra aluminio, sitios activos para la catálisis, comparable al ZSM-5 comercial. Sin embargo, su pequeño tamaño mejora simultáneamente la selectividad y reduce la acumulación de carbono. Esto sugiere períodos más prolongados entre los costosos cambios de producción y el aumento del rendimiento.

Las implicaciones de este estudio se extienden a una mejor comprensión de la nucleación de zeolitas, o la primera observación de un cristal, y apuntan hacia un nuevo proceso para crear zeolitas en columnas sin costosos agentes orgánicos directores de estructura (OSDA). Las zeolitas con estructuras jerárquicas (pilares) se han preparado anteriormente solo con OSDA, que funcionan como plantillas para formar estas estructuras únicas.

"Hasta ahora, Se creía que las OSDA eran críticas para la síntesis de zeolitas en columnas, actuando como plantillas para facilitar la formación de nanoláminas delgadas interconectadas, "Dijo Rimer." Pero como observamos en este proceso de siembra, estas nanoláminas de 30-60 nanómetros surgieron de material amorfo y formaron pilares sin ningún molde ".

"Los intentos anteriores de producir estos catalizadores requerían costosos agentes orgánicos y típicamente se obtuvieron bajos rendimientos, lo que limitó enormemente su aplicación comercial, "Dijo Martínez.

La siembra demostró ser fundamental en la síntesis de zeolitas en columnas con un rendimiento catalítico mejorado en la alquilación de Friedel-Craft y reacciones de metanol a hidrocarburos. Este enfoque de síntesis pasa por alto el típico proceso de uso intensivo de energía de las OSDA. Los orgánicos que antes se pensaban esenciales para crear zeolitas que se pueden utilizar comercialmente ya no son necesarios.

Los próximos pasos para este proyecto incluyen la ampliación del proceso para mostrar si este catalizador de zeolita mejorado puede replicar su desempeño a escala industrial. Esta investigación también funciona como un trampolín para explorar más a fondo las implicaciones de la siembra para producir otras zeolitas con estructuras únicas y un rendimiento excepcional en aplicaciones comerciales.