Un catalizzatore altamente efficiente che converte il gas propano in idrocarburi più pesanti è stato sviluppato dalla King Abdullah University of Science and Technology dell'Arabia Saudita. (KAUST) ricercatori. Accelera significativamente una reazione chimica nota come metatesi degli alcani, che potrebbe essere utilizzato per produrre combustibili liquidi.
Il catalizzatore riorganizza il propano, che contiene tre atomi di carbonio, in altre molecole, come il butano (contenente quattro atomi di carbonio), pentano (con cinque atomi di carbonio) ed etano (con due atomi di carbonio). "Il nostro obiettivo è convertire gli alcani a minor peso molecolare in preziosi alcani della gamma diesel, ", ha affermato Manoja Samantaray del Centro di catalisi KAUST.
Al centro del catalizzatore ci sono i composti di due metalli, titanio e tungsteno, che sono ancorati ad una superficie di silice tramite atomi di ossigeno. La strategia utilizzata è stata la catalisi in base alla progettazione. Studi precedenti hanno mostrato che i catalizzatori monometallici erano impegnati in due funzioni:da alcano a olefina e quindi metatesi dell'olefina. Il titanio è stato scelto per la sua capacità di attivare il legame C-H delle paraffine per trasformarle in olefine, e il tungsteno è stato scelto per la sua elevata attività per la metatesi dell'olefina.
Per creare il catalizzatore, il team ha riscaldato la silice per rimuovere quanta più acqua possibile e poi ha aggiunto esametile tungsteno e tetraneopentil titanio, formando una polvere giallo chiaro. I ricercatori hanno studiato il catalizzatore utilizzando la spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR) per dimostrare che gli atomi di tungsteno e titanio si trovano estremamente vicini tra loro sulle superfici di silice, forse vicino a 0,5 nanometri.
I ricercatori, guidato dal direttore del centro Jean-Marie Basset, quindi testato il catalizzatore riscaldandolo a 150°C con propano per tre giorni. Dopo aver ottimizzato le condizioni di reazione, ad esempio, permettendo al propano di fluire continuamente sul catalizzatore, hanno scoperto che i prodotti principali della reazione erano etano e butano e che ogni coppia di atomi di tungsteno e titanio poteva catalizzare una media di 10, 000 cicli prima di perdere la loro attività. Questo "numero di fatturato" è il più alto mai riportato per una reazione di metatesi del propano.
Questo successo della catalisi by design, i ricercatori propongono, è dovuto ad un effetto cooperativo atteso tra i due metalli. Primo, un atomo di titanio rimuove gli atomi di idrogeno dal propano per formare propene e quindi un atomo di tungsteno vicino rompe il propene aperto nel suo doppio legame carbonio-carbonio, creando frammenti che possono ricombinarsi in altri idrocarburi. I ricercatori hanno anche scoperto che le polveri di catalizzatore contenenti solo tungsteno o titanio hanno prestazioni molto scarse; anche quando queste due polveri sono state fisicamente mescolate insieme, la loro performance non corrispondeva al catalizzatore cooperativo.
Il team spera di progettare un catalizzatore ancora migliore con un numero di fatturato più elevato, e una vita più lunga. "Crediamo che nel prossimo futuro, l'industria può adottare il nostro approccio per la produzione di alcani della gamma diesel e più in generale di catalisi per progettazione, ", ha detto Samantaray.
