Laboratorio del Instituto de Tecnología Química (ITQ, CSIC – UPV).
Cerdanyola del Vallès, 18 de abril 2024 El etileno es el primer compuesto orgánico producido a nivel mundial, con cerca de 100 millones de toneladas al año, y es la base para multitud de productos químicos de nuestro día a día como el polietileno. Bolsas, juguetes o el film transparente de la cocina están hechos de polietileno. Para su obtención se necesita etileno purificado mediante un catalizador.
Ahora, un grupo de investigación liderado por el Instituto de Tecnología Química (CSIC-UPV) ha patentado un nuevo catalizador para purificar etileno que permite controlar mejor el rango de temperaturas de la reacción y detiene cualquier reacción secundaria, lo que permite llevar a cabo el proceso industrial de una manera más segura y eficiente. El trabajo se ha publicado en la revista Nature Catalysis.
La purificación de etileno requiere de un catalizador, una sustancia que favorece el proceso. "En la actualidad, el catalizador para purificar etileno consiste en una mezcla complicada de metales preciosos como el paladio, que resulta en un material poco definido", explica Antonio Leyva Pérez, científico en el ITQ que lidera el estudio.
En este proyecto, han desarrollado un catalizador de paladio bien definido, insertado en una red metal-orgánica sólida (MOF, del inglés metal-organic framework). El nuevo catalizador realiza todo el proceso de purificación sobre un único átomo de paladio unido a otro único átomo de oro, el cual modifica la actividad del paladio para hacerlo más eficiente y selectivo y poder así trabajar en un rango de temperaturas de casi 100ºC, frente a los 50ºC de los catalizadores actuales. Además, debido al pequeño tamaño de poro de la MOF, se controlan los procesos indeseados de polimerización del acetileno.
Para determinar los estados de oxidación del paladio y el oro en la MOF, el equipo investigador ha usado el equipamiento de la línea de luz NOTOS del ALBA. En particular, han hecho experimentos con la técnica de espectroscopia de absorción de rayos X. Los análisis con la luz de sincrotrón han permitido obtener datos clave para el estudio.
Estos resultados podrían tener gran impacto industrial, ya que la purificación de etileno es la segunda reacción en volumen a escala mundial en química orgánica: bolsas de todo tipo, envases, tuberías… están hechas de polietileno, que supone cerca del 15% de los casi 400 millones de toneladas de plásticos producidas en 2021.
En opinión de Leyva, "el nuevo catalizador podría utilizarse en las plantas industriales para la purificación de etileno una vez se desarrolle el escalado de la síntesis del material". Si este material resultase demasiado caro a escala de kilogramos (el paladio es más caro que el oro), "existen alternativas para preparar el centro activo del nuevo material catalítico en otros materiales más baratos".
El trabajo, liderado por el ITQ, es una colaboración con otras instituciones: el Instituto de Ciencia Molecular (ICMOL), la Universitat de València, la Universidad de Cádiz, la Universitá della Calabria y el Sincrotrón ALBA. El nuevo catalizador ha sido patentado por sus inventores mediante una patente donde se describe la síntesis del nuevo material MOF y su excelente actividad catalítica en la reacción de hidrogenación de acetileno en corrientes de etileno. La cotitularidad de esta patente corresponde tanto al CSIC como a la UPV y la UV, en un ejemplo de colaboración entre distintas instituciones de investigación.
Referencia: 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
Adaptado de la noticia original
