Le olefine sono semplici composti di idrogeno e carbonio ma rappresentano gli elementi costitutivi della chimica, e sono vitali per la sintesi di materiali da polimeri e plastiche a prodotti petrolchimici. Però, la produzione di olefine richiede l'uso di combustibili fossili non rinnovabili, impianti di "cracking" ad alta intensità energetica, e limitato controllo della produzione.

Una nuova ricerca della Swanson School of Engineering dell'Università di Pittsburgh ha introdotto un metodo per schermare efficacemente diversi catalizzatori che convertono gli alcani leggeri in olefine. Poiché gli alcani leggeri sono abbondanti nelle riserve di scisto di Marcellus e Utica, questa metodologia può fornire una soluzione più economica per la produzione di olefine.

La loro ricerca, "Relazioni struttura-attività nella deidrogenazione degli alcani su γ-Al2O3:reazioni dipendenti dal sito" è stato recentemente presentato sulla copertina di Catalisi ACS . L'investigatore capo è Giannis Mpourmpakis, il Bicentennial Alumni Faculty Fellow e Assistant Professor of Chemical and Petroleum Engineering presso la Swanson School, e co-autori Mudit Dixit, dottorato di ricerca e Pavlo Kostetskij, borsista post-dottorato presso la Northwestern University che ha conseguito il dottorato di ricerca. nel laboratorio CANELa del Dr. Mpourmpakis.

"L'enorme successo e le vaste riserve di gas di scisto hanno trasformato il mercato chimico e hanno reso il metano e gli alcani leggeri una materia prima versatile per la produzione di prodotti chimici a valore aggiunto, " Il Dr. Mpourmpakis ha spiegato. "Uno dei percorsi più promettenti verso le olefine è la deidrogenazione degli alcani su ossidi metallici, che è la rimozione chimica dell'idrogeno molecolare da un idrocarburo. Ma questo processo è ad alta intensità energetica poiché coinvolge alte temperature e il meccanismo di reazione di deidrogenazione non è ben compreso. Di conseguenza, qualsiasi progresso nella produzione di olefine si basa su lunghi e costosi esperimenti di prova ed errore in laboratorio".

Secondo il dottor Mpourmpakis, determinare esattamente come l'attività di deidrogenazione degli alcani dipende dal tipo esatto di siti diversi presenti sulla superficie degli ossidi metallici è stato difficile, in parte a causa della diversità dei numerosi siti. Il suo laboratorio ha applicato la chimica computazionale e strumenti di modellazione matematica per prevedere come i meccanismi di deidrogenazione degli alcani e l'attività catalitica cambiano nei diversi siti degli ossidi.

"Essere in grado di schermare computazionalmente queste superfici di ossido di metallo e identificare gli esatti siti attivi catalitici limita notevolmente la sperimentazione per tentativi ed errori in laboratorio, " ha detto il dottor Mpourmpakis. "Ora abbiamo uno strumento migliore per sviluppare catalizzatori attivi per la conversione alcano-olefina, che potrebbe essere un punto di svolta nell'industria petrolchimica e dei polimeri".