Um catalisador altamente eficiente que converte gás propano em hidrocarbonetos mais pesados ​​foi desenvolvido pela King Abdullah University of Science and Technology da Arábia Saudita. (KAUST) pesquisadores. Ele acelera significativamente uma reação química conhecida como alcano metátese, que poderia ser usado para produzir combustíveis líquidos.

O catalisador reorganiza o propano, que contém três átomos de carbono, em outras moléculas, como butano (contendo quatro carbonos), pentano (com cinco carbonos) e etano (com dois carbonos). "Nosso objetivo é converter alcanos de baixo peso molecular em valiosos alcanos de gama diesel, "disse Manoja Samantaray do Centro de Catálise KAUST.

No coração do catalisador estão compostos de dois metais, titânio e tungstênio, que são ancorados a uma superfície de sílica por meio de átomos de oxigênio. A estratégia usada foi a catálise por design. Estudos anteriores mostraram que os catalisadores monometálicos estavam envolvidos em duas funções:alcano em olefina e, em seguida, metátese de olefina. O titânio foi escolhido devido à sua capacidade de ativar a ligação C-H das parafinas para transformá-las em olefinas, e o tungstênio foi escolhido por sua alta atividade para metátese de olefinas.

Para criar o catalisador, a equipe aqueceu a sílica para remover o máximo de água possível e, em seguida, adicionou hexametil tungstênio e tetraneopentil titânio, formando um pó amarelo claro. Os pesquisadores estudaram o catalisador usando espectroscopia de ressonância magnética nuclear (NMR) para mostrar que os átomos de tungstênio e titânio estão extremamente próximos nas superfícies de sílica, talvez tão próximo quanto ± 0,5 nanômetros.

Os pesquisadores, liderado pelo Diretor do centro Jean-Marie Basset, em seguida, testei o catalisador aquecendo-o a 150 ° C com propano por três dias. Depois de otimizar as condições de reação - por exemplo, ao permitir que o propano flua continuamente sobre o catalisador - eles descobriram que os principais produtos da reação eram etano e butano e que cada par de átomos de tungstênio e titânio poderia catalisar uma média de 10, 000 ciclos antes de perder sua atividade. Este "número de rotatividade" é o mais alto já relatado para uma reação de metátese de propano.

Este sucesso da catálise por design, os pesquisadores propõem, é devido a um efeito cooperativo esperado entre os dois metais. Primeiro, um átomo de titânio remove átomos de hidrogênio de propano para formar propeno e, em seguida, um átomo de tungstênio vizinho quebra o propeno em sua ligação dupla carbono-carbono, criando fragmentos que podem se recombinar em outros hidrocarbonetos. Os pesquisadores também descobriram que os pós de catalisador contendo apenas tungstênio ou titânio tiveram um desempenho muito fraco; mesmo quando esses dois pós foram fisicamente misturados, seu desempenho não correspondeu ao catalisador cooperativo.

A equipe espera projetar um catalisador ainda melhor com um número de rotatividade maior, e uma vida útil mais longa. "Acreditamos que em um futuro próximo, indústria pode adotar nossa abordagem para a produção de alcanos de gama diesel e, mais geralmente, de catálise por projeto, "disse Samantaray.