Un chimico della RUDN University ha sviluppato un catalizzatore di silicato di stagno per la produzione di esteri, aromi, plastificanti, e componenti di biocarburanti. A differenza dei catalizzatori esistenti, il nuovo materiale può essere riattivato e riutilizzato. I risultati sono pubblicati sulla rivista Materiali microporosi e mesoporosi .

I catalizzatori non vengono consumati nel processo di reazioni chimiche, tuttavia è difficile in alcuni casi separarli dagli scarti di sintesi e riutilizzarli. Ad esempio, catalizzatori acidi inorganici sono utilizzati per l'esterificazione, cioè per ottenere esteri da acidi organici e alcol. In questo caso, il prodotto finale della reazione deve essere purificato e i rifiuti smaltiti, insieme ai catalizzatori, poiché è più costoso separarli per il riutilizzo che acquisirne di nuovi.

Una soluzione promettente sono i catalizzatori solidi a base di ioni di stagno depositati su un substrato di supporto poroso. I suoi "centri attivi" si trovano sulla sua superficie:ioni su cui avviene una trasformazione chimica, Per esempio, la formazione dell'etere. Però, gli ioni di stagno vengono "lavati via" durante l'uso di tali materiali, e perdono la loro attività. Inoltre, durante la fabbricazione del catalizzatore si forma molto ossido di stagno inutile, oltre agli ioni.

Il chimico della RUDN University Rafael Luque ha sviluppato un nuovo metodo di produzione del catalizzatore che si traduce in una matrice di silicato poroso con ioni di stagno "incorporati" (Sn ₄ ⁺ ) tenuti insieme da forti legami chimici.

"Permette la progettazione di materiali a base di Sn altamente attivi e selettivi per processi catalizzati da acidi, non solo per l'esterificazione dell'acido levulinico, che possono anche essere riutilizzati, essendo altamente stabile a temperature e pressioni moderate, " disse Luca.

Mentre i metodi esistenti per creare tali catalizzatori prevedono l'applicazione dello stagno a una matrice porosa finita di biossido di silicio, il professor Luque ha formato il catalizzatore "da zero". Il substrato di biossido di silicio nel suo esperimento era formato da un precursore (tetraetossisilano) in presenza di stagno, a causa della quale gli ioni di stagno sono stati incorporati nella struttura chimica del substrato.

Lo studio del substrato utilizzando XPS (spettroscopia fotoelettronica a raggi X) ha mostrato che un legame chimico di ossido di silicio e stagno (Si–O–Sn) si è effettivamente formato nel catalizzatore.

La superficie di 1 grammo di catalizzatore è significativa:sono 600 metri quadrati. Poiché le reazioni chimiche avvengono sulla superficie di un catalizzatore, maggiore è la sua superficie, maggiore è l'attività. La maggior parte dei catalizzatori basati su una matrice di silicio ha un'area utile due o tre volte più piccola:circa 200-300 metri quadrati per grammo.

I chimici hanno testato l'attività del nuovo catalizzatore nella sintesi degli esteri dell'acido levulinico. L'acido levulinico è un prodotto della lavorazione di carboidrati come il glucosio e l'amido. Quando interagisce con gli alcoli forma esteri, che possono essere usati come aromi, plastificanti, e componenti dei biocarburanti. Si è scoperto che il nuovo catalizzatore consente di ottenere esteri dell'acido levulinico con una resa massima del prodotto dal 44 al 99 percento:la cifra corrisponde all'efficienza dei catalizzatori più comunemente usati.

Inoltre, il catalizzatore è stato testato per la riutilizzabilità:l'esperimento ha mostrato che la sua attività non è diminuita dopo cinque rigenerazioni.

"In linea di principio, l'uso del catalizzatore può essere esteso ad altre reazioni catalizzate da acidi comprese le isomerizzazioni, eterificazioni, ecc. per la produzione di composti di interesse per le industrie della chimica fine (aromi, odoranti, farmaceutici) e anche nell'industria petrolchimica. I vantaggi dell'approccio proposto includono semplicità, natura relativamente economica del catalizzatore, riutilizzabilità e stabilità e versatilità rispetto ad altri precedentemente implementati, "Lui ha osservato.