Un gruppo di scienziati giapponesi ha sviluppato un ultrastabile, catalizzatore selettivo per deidrogenare il propano, un processo essenziale per produrre la sostanza petrolchimica chiave del propilene, senza disattivazione, anche a temperature superiori a 600 gradi C.

Il propilene è una materia prima importante per la plastica, gomma sintetica, tensioattivi, coloranti e prodotti farmaceutici. Negli ultimi anni, c'è stata una maggiore domanda di propilene prodotto da prodotti più economici, propano di origine scistosa. Sono necessarie temperature di reazione superiori a 600 gradi C per ottenere rese sufficienti di propilene, ma in queste dure condizioni, una grave disattivazione del catalizzatore è inevitabile a causa della deposizione di carbonio e/o della sinterizzazione. Catalizzatori nell'uso pratico, perciò, devono essere rigenerati in continuo o in cicli brevi, rendendo il processo inefficiente e costoso.

In questo studio, il gruppo, tra cui uno studente di master Yuki Nakaya e il professore associato Shinya Furukawa presso l'Istituto per la catalisi dell'Università di Hokkaido, focalizzato sugli intermetallici (PtGa) di platino (Pt) e gallio (Ga), che hanno proprietà e strutture uniche. PtGa ha un'elevata stabilità termica e la sua struttura non cambia, anche a temperature elevate. È anche noto per avere due tipi di siti catalitici sulla sua superficie:un sito con tre atomi di Pt (sito Pt3) e uno con Pt isolato simile ad un atomo (sito Pt1).

Il gruppo ha ipotizzato che se i siti Pt3, che facilitano la deposizione di carbonio oltre a produrre propilene, sono disabilitati per consentire il funzionamento solo dei siti Pt1, il catalizzatore sarà ultrastabile e anche in grado di prevenire la deposizione di carbonio. Il gruppo ha provato vari metalli e metodi di sintesi del catalizzatore per preservare solo la funzione del sito Pt1.

Il catalizzatore di nuova concezione (PtGa-Pb/SiO ₂ ), che è supportato da silice e realizzato aggiungendo piombo (Pb) alla superficie di PtGa, non mostra disattivazione quando si deidrogena il propano a 600 gradi C. Il catalizzatore ha mantenuto il tasso di conversione iniziale del 30% per 96 ore dopo l'inizio della reazione, che è significativamente più stabile dei catalizzatori convenzionali. La selettività del propilene raggiunge il 99,6% con poche reazioni collaterali, compresa la deposizione di carbonio. I risultati hanno mostrato che questo catalizzatore produce le migliori prestazioni al mondo a temperature di 580 gradi C o superiori. In particolare, la sua durata è più del doppio della longevità record riportata in precedenza per tali catalizzatori. Per di più, il catalizzatore può essere prodotto in modo economico quanto i catalizzatori convenzionali. La loro analisi strutturale ha confermato i siti di Pt3, siti non Pt1, sono stati coperti e disabilitati da Pb, come si aspettavano.

"La nostra scoperta potrebbe portare a un processo industriale più efficiente ed economico per produrre propilene dal propano senza la necessità di rigenerazione del catalizzatore, che è di gran lunga superiore in selettività e stabilità rispetto a quelli convenzionali, "dice Furukawa. "Inoltre, questo metodo potrebbe essere applicabile alla deidrogenazione di altri alcani inferiori come etano e isobutano, contribuendo così allo sviluppo dell'industria petrolchimica."

Lo studio è pubblicato su Comunicazioni sulla natura .