Petroquímica y química fina

Un equipo de investigadores del Instituto de Tecnología Química (ITQ), centro mixto de la Universitat Politècnica de València (UPV) y el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), ha desarrollado una técnica que, mediante el uso de moléculas directoras, modula la estructura de la zeolita durante la síntesis para conseguir capacidades catalíticas preestablecidas.

Este trabajo, que podría tener múltiples aplicaciones industriales de impacto, ha sido publicado en la revista Science.

Las zeolitas, claves para desarrollar distintas reacciones

Las zeolitas son materiales cristalinos con una estructura de pequeños poros regulares que permiten la entrada de moléculas en su interior y que, en función de la composición química y la topología, posibilitan el desarrollo de distintas reacciones químicas.

Como explica Avelino Corma, responsable del proyecto y Premio Príncipe de Asturias de Investigación Científica y Técnica 2014, "la estructura actúa como un tamiz, dejando pasar solo aquellas moléculas más pequeñas que los poros. Por este motivo, las zeolitas se utilizan habitualmente en muchos procesos catalíticos y tienen un gran impacto en industrias como la petroquímica, la química fina o la separación de gases".

Complejo proceso de síntesis

El proceso de síntesis de las zeolitas es muy complejo. Aunque se conocen técnicas que ayudan a guiar la síntesis de la zeolita y su reactividad, prevalecen los enfoques de ensayo y error. Así mismo, también resulta arduo el proceso de desentrañar la aplicabilidad de una zeolita, ya que probar todas las conocidas para una reacción particular requiere mucho trabajo.

"Pensamos que, si conseguíamos desarrollar un método que nos permitiera diseñar y sintetizar una zeolita que sirviera de catalizador para una reacción química prestablecida, conseguiríamos un importante avance en este campo", afirma Corma.

Una técnica basada en el uso de moléculas orgánicas

Un buen catalizador debe ser capaz de reducir al mínimo la energía liberada durante el estado de transición de una reacción química, que es el punto de máxima energía donde se produce la formación de los productos.

Para lograr su objetivo, los científicos del ITQ han empleado una técnica que se basa en el uso de moléculas orgánicas, similares en forma y carga a las del estado de transición de la reacción catalítica prestablecida que se quiere conseguir, y que ejercen un efecto director en la estructura de la zeolita durante el proceso de síntesis.

Una sintetización selectiva

Mediante esta técnica, los investigadores han sintetizado dos zeolitas, ITQ-27 e ITQ-64, y las han comparado con otras zeolitas conocidas llevando a cabo reacciones de interés industrial como la desproporción del tolueno o la isomerización de etilbenceno a xileno.

El tolueno es un hidrocarburo aromático que sirve de materia prima para la elaboración de poliuretano, medicamentos, colorantes, perfumes y detergentes, entre otros usos. El xileno, por su parte, se emplea por ejemplo como disolvente, diluyente para pinturas, aditivo de alto octanaje para combustibles aeronáuticos, materia prima para la preparación de polímeros del tipo tereftalatos (un tipo de plástico muy usado en envases de bebidas y textiles) o en productos farmacéuticos.

"El método de diseño que hemos desarrollado permitirá sintetizar zeolitas selectivamente, con mejores capacidades catalíticas en diferentes procesos químicos y petroquímicos que otros catalizadores zeolíticos comerciales", concluye Corma.

Resultados coincidentes con los objetivos de SynCatMatch

Este trabajo, que abre un nuevo camino en el diseño de catalizadores zeolíticos más selectivos y sensibles, coincide en sus resultados con los objetivos de SynCatMatch (MATching zeolite SYNthesis with CATalytic activity), el proyecto por el que Avelino Corma obtuvo un ERC Advanced Grant en junio de 2015.

Los Advanced Grants del Consejo Europeo de Investigación (ERC por sus siglas en inglés) se conceden a investigadores con más de 10 años de experiencia que desarrollan proyectos en la frontera del conocimiento. Su financiación puede alcanzar hasta los 3,5 millones de euros para un periodo de 5 años.

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