Laboratori de l'Institut de Tecnologia Química (ITQ, CSIC – UPV).
Cerdanyola del Vallès, 18 d'abril 2024 L’etilè és el primer compost orgànic produït a nivell mundial, amb prop de 100 milions de tones a l’any, i és la base per a multitud de productes químics del nostre dia a dia com el polietilè. Bosses, joguines o el film transparent de la cuina estan fets de polietilè. Per a la seva obtenció es necessita etilè purificat mitjançant un catalitzador.
Ara, un grup d’investigació liderat per l’Institut de Tecnologia Química (CSIC-UPV) ha patentat un nou catalitzador per a purificar etilè que permet controlar millor el rang de temperatures de la reacció i deté qualsevol reacció secundària, fet que permet dur a terme el procés industrial d’una manera més segura i eficient. L’estudi s’ha publicat a la revista Nature Catalysis.
La purificació d’etilè requereix d’un catalitzador, una substància que afavoreix el procés. “En l’actualitat, el catalitzador per a purificar etilè consisteix en una barreja complicada de metalls preciosos com el pal·ladi, que resulta en un material poc definit”, explica Antonio Leyva Pérez, científic a l’ITQ que lidera l’estudi.
En aquest projecte, han desenvolupat un catalitzador de pal·ladi ben definit, inserit en una xarxa organo-metàl·lica sòlida (MOF, de l’anglès metal-organic framework). El nou catalitzador realitza tot el procés de purificació sobre un únic àtom de pal·ladi unit a un altre àtom únic d’or, el qual modifica l’activitat del pal·ladi per fer-lo més eficient i selectiu i poder així treballar en un rang de temperatures de quasi 100ºC, davant dels 50ºC dels catalitzadors actuals. A més, degut a la petita mida dels porus de la MOF, es poden controlar els processos no desitjats de polimerització de l’acetilè.
Per a determinar els estats d’oxidació del pal·ladi i l’or a la MOF, l’equip investigador ha usat l’equipament de la línia de llum NOTOS de l’ALBA. En particular, han fet experiments amb la tècnica d’espectroscòpia d’absorció de raigs X. Les anàlisis amb la llum de sincrotró han permès obtenir dades clau per l’estudi.
Aquests resultats podrien tenir gran impacte industrial, ja que la purificació d’etilè és la segona reacció en volum a escala mundial en química orgànica: bosses de tot tipus, envasos, canonades… estan fetes de polietilè, que suposa prop del 15% dels quasi 400 milions de tones de plàstic produïdes el 2021.
En opinió de Leyva, “el nou catalitzador podria utilitzar-se en les plantes industrials per a la purificació d’etilè un cop es desenvolupi l’escalat de la síntesi del material”. Si aquest material resultés massa car a escala de quilograms (el pal·ladi és més car que l’or), “existeixen alternatives per a preparar el centre actiu del nou material catalític en altres materials més barats”.
La recerca, liderada per l’ITQ, és una col·laboració amb altres institucions: l’Institut de Ciència Molecular (ICMOL), la Universitat de València, la Universidad de Cádiz, la Universitá della Calabria i el Sincrotró ALBA. El nou catalitzador ha estat patentat pels seus inventors mitjançant una patent on es descriu la síntesi del nou material MOF i la seva activitat catalítica excel·lent en la reacció de hidrogenació d’acetilè en corrents d’etilè. La cotitularitat d’aquesta patent correspon tant al CSIC com a la UPV i la UV, en un exemple de col·laboració entre diferents institucions d’investigació.
Referència: Ballesteros-Soberanas, J., Martín, N., Bacic, M., Tiburcio, E., Mon, M., Hernandez-Garrido, J. C., Marini, C., Boronat, M., Ferrando-Soria, J., Armentano, D., Pardo, E. & Leyva-Pérez A. A MOF-supported Pd1-Au1 dimer catalyzes the semi-hydrogenation reaction of acetylene in ethylene with a nearly barrier-less activation energy. Nature Catalysis. DOI: 10.1038/s41929-024-01130-7
Adaptat de la notícia original
