Científicos de China, desarrollan una nueva estrategia catalítica para la conversión eficiente de gas de síntesis en olefinas ligeras
Beijing, China, Asia.- Las olefinas ligeras, como el etileno, el propileno y el butileno, son componentes esenciales en la industria química debido a sus enlaces dobles de carbono reactivos, que pueden romperse para formar cadenas poliméricas más largas. Las olefinas —también conocidas como alquenos— se utilizan ampliamente en la producción de plásticos, caucho sintético y productos químicos finos.
La síntesis de Fischer-Tropsch utiliza gas de síntesis —una mezcla de monóxido de carbono (CO) e hidrógeno (H₂ ) — para formar hidrocarburos. Las olefinas son un producto potencial de la síntesis de Fischer-Tropsch, pero lograr una alta eficiencia y selectividad en su producción mediante este método ha sido un desafío.
Para abordar este desafío, un equipo de investigación liderado por el profesor SUN Jian del Instituto de Física Química de Dalian (DICP) de la Academia China de Ciencias ha propuesto una estrategia catalítica de óxido de cobalto inducida por hidroxilo que permite la conversión eficiente de gas de síntesis en olefinas ligeras mediante la síntesis de Fischer-Tropsch.
El estudio se publicó en la revista Nature el 1 de abril.
Los investigadores se centraron en la evolución dinámica de las estructuras catalíticas en condiciones de reacción. Al introducir promotores hidroxilo seleccionados en un sistema catalítico de sodio-cobalto-manganeso, crearon una interfaz de reacción rica en hidroxilo que indujo la formación de óxidos compuestos de cobalto-manganeso (Co-Mn) anórticos de baja simetría, los cuales resultaron más activos para la activación del CO que las estructuras de óxido más simétricas. Se descubrió que estas especies de óxido desempeñan un papel fundamental en la promoción de la activación del CO.
Como resultado, el catalizador logró una conversión de CO del 70-82% con una selectividad hacia olefinas ligeras superior al 60% a 250-260 °C y 0,1 MPa, con relaciones H₂ / CO que oscilan entre 1 y 2, un rango adecuado para la producción de olefinas. La eficiencia de utilización de carbono correspondiente para olefinas ligeras alcanzó hasta el 13%.
Las caracterizaciones estructurales y los estudios mecanísticos revelaron que los promotores de hidroxilo suprimieron la reducción y carburización excesivas del catalizador, estabilizando la fase de óxido activa y facilitando la activación del CO asistida por hidrógeno. Mientras tanto, los sitios adyacentes relacionados con el carburo contribuyeron al acoplamiento C–C posterior, lo que permitió la formación eficiente de olefinas.
Este trabajo demuestra que las estructuras activas dominadas por óxidos, inducidas y estabilizadas por especies hidroxilo, pueden promover eficazmente etapas clave de la síntesis de Fischer-Tropsch. Los hallazgos proporcionan nuevas evidencias experimentales para comprender la evolución dinámica de las estructuras activas multifásicas en la conversión catalítica de CO/CO₂ y ofrecen una nueva estrategia para el diseño de catalizadores de alto rendimiento para procesos de conversión de gas de síntesis a olefinas.
«Al revelar el papel constructivo de las especies hidroxilo en la activación del CO, nuestro estudio abre nuevas oportunidades para avanzar en la catálisis de Fischer-Tropsch y desarrollar rutas más eficientes energéticamente y flexibles para la utilización de los recursos de carbono», dijo el profesor SUN, autor principal del estudio.
