Um grupo de cientistas japoneses desenvolveu um ultraestável, catalisador seletivo para desidrogenar o propano - um processo essencial para produzir a principal substância petroquímica do propileno - sem desativação, mesmo em temperaturas de mais de 600 graus C.

O propeno é uma importante matéria-prima para plásticos, borracha sintética, surfactantes, corantes e produtos farmacêuticos. Nos últimos anos, tem havido um aumento da demanda por propeno produzido a partir de mais barato, propano originado do xisto. As temperaturas de reação de mais de 600 graus C são necessárias para obter rendimentos de propileno suficientes, mas sob essas condições adversas, a desativação severa do catalisador é inevitável devido à deposição de carbono e / ou sinterização. Catalisadores em uso prático, Portanto, deve ser regenerado continuamente ou em ciclos curtos, tornando o processo ineficiente e caro.

No presente estudo, o grupo, incluindo um aluno de mestrado Yuki Nakaya e o professor associado Shinya Furukawa do Instituto de Catálise da Universidade de Hokkaido, focada nos intermetálicos (PtGa) de platina (Pt) e gálio (Ga), que têm propriedades e estruturas únicas. PtGa tem uma alta estabilidade térmica e sua estrutura não muda, mesmo sob altas temperaturas. Também é conhecido por ter dois tipos de sítios catalíticos em sua superfície:um sítio com três átomos de Pt (sítio Pt3) e um com Pt isolado semelhante a um átomo (sítio Pt1).

O grupo formulou a hipótese de que se os locais Pt3 - que facilitam a deposição de carbono, além de produzir propileno - forem desativados para permitir que apenas os locais Pt1 funcionem, o catalisador será ultraestável e também capaz de prevenir a deposição de carbono. O grupo tentou vários metais e métodos de síntese de catalisador para preservar apenas a função do local Pt1.

O catalisador recentemente desenvolvido (PtGa-Pb / SiO ₂ ), que é suportado por sílica e feito pela adição de chumbo (Pb) à superfície de PtGa, não exibe desativação ao desidrogenar o propano a 600 graus C. O catalisador manteve a taxa de conversão inicial de 30 por cento por 96 horas após o início da reação, que é significativamente mais estável do que os catalisadores convencionais. A seletividade do propileno é tão alta quanto 99,6 por cento com poucas reações colaterais, incluindo deposição de carbono. Os resultados mostraram que este catalisador produz o melhor desempenho do mundo em temperaturas de 580 graus C ou mais. Em particular, sua vida útil é mais do que o dobro da longevidade recorde relatada anteriormente para tais catalisadores. Além disso, o catalisador pode ser produzido tão barato quanto os catalisadores convencionais. Sua análise estrutural confirmou os locais Pt3, não sites Pt1, foram cobertos e desativados por Pb, como eles esperavam.

"Nossa descoberta pode levar a um processo industrial mais eficiente e barato para produzir propileno a partir do propano sem a necessidade de regeneração do catalisador - que é muito superior em seletividade e estabilidade do que os convencionais, "diz Furukawa." Além disso, este método pode ser aplicável à desidrogenação de outros alcanos inferiores, como etano e isobutano, contribuindo assim para o desenvolvimento da indústria petroquímica. "

O estudo é publicado em Nature Communications .