Los químicos de RUDN han creado catalizadores para la síntesis barata y eficiente de propileno y etileno

El propileno se utiliza en la producción de películas, tubos, envases de alimentos, materiales aislantes y bolsas, y el etileno es un intermedio importante en la industria química. Se producen principalmente a partir de gas de esquisto, pero los químicos están buscando formas de sintetizarlos a partir de propano. Esta fuente debe producir más salida, sin embargo, requiere catalizadores que pueden ser inestables o demasiado caros, difíciles de producir. Algunos crean subproductos tóxicos de reacción, otros necesitan altas temperaturas para funcionar. Las zeolitas son un gran grupo de aluminosilicatos de calcio. Pueden desencadenar la conversión de propano a propileno y etanol a etileno en una ruta que difiere de las reacciones con el resto de los catalizadores. Esto permite la reacción a temperaturas más bajas, lo que hace que el proceso sea más conveniente y más barato. Además, su actividad se puede ajustar según la temperatura, la composición del material, el método de modificación y otras condiciones. Los catalizadores basados en zeolita HZSM-5 pueden «extraer» directamente el hidrógeno del propano para hacer propileno.

«Investigamos cómo las características de la estructura y textura de las zeolitas HZSM-5 y sus compuestos con nanopartículas del mineral anatasa afectan su actividad catalítica en reacciones con propano a alta temperatura y etanol líquido a temperatura media», dijo Ekaterina Markova, candidata en química de RUDN.

Los químicos de RUDN crearon, probaron y caracterizaron varias modificaciones de zeolita HZSM-5 para seleccionar las mejores opciones para la producción industrial. El mineral anatasa es una de las modificaciones naturales del dióxido de titanio que se encuentra a menudo en los depósitos de cristal. Los químicos obtuvieron por primera vez catalizadores DE zeolitas HZSM-5 y nanopartículas de anatasa mediante síntesis hidrotermal y tecnología sol-gel. Como resultado, aparecieron nuevos grupos funcionales en las zeolitas, la textura de la superficie de las partículas y el Tamaño de los poros cambiaron, lo que afectó su actividad. Las características de estos catalizadores se estudiaron desde diferentes ángulos y luego se probaron sus efectos sobre el etanol y el propano.

Si para la forma original de zeolitas HZSM-5 y propano, la selectividad máxima fue del 75% a 650 °C, entonces con las nanopartículas de anatasa, la selectividad aumentó al 85%. En reacción con etanol, las zeolitas con nanopartículas ayudaron a reducir la temperatura de reacción y llevar la producción al 94-100%. Al mismo tiempo, los catalizadores que se obtuvieron mediante tecnología de sol-gel resultaron ser más activos en reacciones con propano, y los resultados de la síntesis hidrotermal fueron más adecuados para trabajar con etanol.

«La adición de nanopartículas de anatasa, el número y el volumen de poros de diferentes tamaños, el contenido de grupos hidroxilo y otras características afectan el funcionamiento de los catalizadores. Esto nos permitirá controlar el curso de las reacciones, cuyos mecanismos también hemos estudiado. Nuestros catalizadores no son menos o incluso más activos que los análogos disponibles comercialmente, pero son más fáciles de fabricar. Además, cuestan menos y le permiten controlar con mayor precisión el proceso de producción de etileno y propileno», dijo Anna Zhukova, candidata en Ciencias químicas, profesora asistente en el Departamento de química física y coloidal de RUDN.

Los resultados se publican en la revista Catalysis Today.