Un químico de la RUDN ha descubierto una forma de acelerar la fotooxidación del tolueno por un factor de 4

Un químico de la RUDN ha descubierto una forma de acelerar la fotooxidación del tolueno por un factor de 4

El químico de la RUDN Rafael Luke ha propuesto una nueva forma de controlar la fotooxidación del tolueno utilizando catalizadores compuestos: diamante artificial y dióxido de titanio. El descubrimiento refuta la hipótesis física previamente existente sobre el proceso de fotooxidación del tolueno. El artículo fue publicado en el Chemical Engineering Journal.

El tolueno es un líquido inflamable extraído de las fracciones de petróleo de la gasolina para la producción de pinturas y barnices, productos químicos, disolventes y combustible de aviación. La oxidación del tolueno produce benzaldehído y dióxido de carbono. El benzaldehído se utiliza para producir ácido benzoico, un elemento importante en la producción de conservantes alimentarios, medicamentos y materias primas químicas. Sin embargo, el proceso de oxidación del tolueno en ácido benzoico, que está muy común en la industria, es lento. El químico de la RUDN ha propuesto un nuevo método de control de la fotooxidación del tolueno mediante catalizadores g-C3N4/TiO2 y manganeso (Mn), que aumentan la velocidad de reacción y aumentan la eficiencia de la producción de benzaldehído 4,3 veces.

Rafael Luke, del Instituto Conjunto de Investigación Química de la RUDN, indica que sólo el benzaldehído y el dióxido de carbono se detectan como productos de reacción para todos los sólidos sin diferencias significativas entre las muestras compuestas. Y su catalizador de referencia basado en dióxido de titanio es altamente activo y transforma el producto de la oxidación parcial principalmente en benzaldehído, aumentando la eficiencia de la reacción. 

Los químicos de la RUDN han llevado a cabo una combinación de estudios de adsorción y cinéticos. Han obtenido evidencia desarrollada de que la reacción se basa en un mecanismo mediado por el hidroxilo, lo que significa que el aumento de la actividad de los elementos depende de los cambios en la velocidad de formación de las partículas de hidroxilo que están presentes en la superficie de los sólidos.

Los científicos han encontrado que la velocidad de reacción está cuantitativamente relacionada con la velocidad de producción de partículas hidroxilo, que interactúan con el tolueno y influyen en el proceso de fotooxidación. Esto significa que la regulación del contacto entre los componentes permite el control de la tasa de fotoactividad. 

Los químicos de la RUDN han descubierto que los nuevos catalizadores aumentan la tasa de reacción de oxidación del tolueno en unas 2,5 veces, y la adición de manganeso al componente de nitruro de carbono muestra un aumento adicional de la actividad de reacción en 1,8 veces.   Es decir, el contacto entre los componentes del catalizador compuesto g-C3N4/TiO2 mejora significativamente la fotooxidación del tolueno, y el manganeso aumenta su efecto favorable.

Así, los químicos han encontrado que el contacto entre los componentes permite controlar la tasa de fotoactividad, ralentizando o acelerando el proceso de oxidación del tolueno.  Los autores del estudio informan que los datos obtenidos refutan la hipótesis anterior en la literatura científica sobre la naturaleza del proceso de fotooxidación.

“Teniendo en cuenta los datos experimentales sobre la naturaleza de la interacción de los elementos y las peculiaridades de la reacción, los científicos podrán avanzar en el campo de la investigación del proceso de fotooxidación del tolueno, lo que reducirá el tiempo de producción de ácido benzoico a partir de la fracción de aceite combustible. En este sentido, este descubrimiento tendrá una gran demanda en las industrias química, alimentaria y farmacéutica.”

Rafael Luke, Director del Centro Científico del Instituto Conjunto de Investigaciones Químicas de la RUDN, realizó la investigación en colaboración con colegas de los principales institutos españoles (Universidades de Madrid, Granada, Córdoba).

Artículo:

g-C3N4/TiO2 composite catalysts for the photo-oxidation of toluene: Chemical and charge handling effects

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