Sincrotró ALBA
L’Institut de Tecnologia Química (CSIC-UPV) lidera un estudi que descriu un nou mètode per a la purificació industrial d’etilè, un dels majors processos químics del món i base per a multitud de productes químics del nostre dia a dia. Experiments fets a la línia de llum NOTOS de l’ALBA han contribuït als resultats d’aquesta recerca.
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 obtenir-lo cal etilè purificat mitjançant un catalitzador.
Ara, un grup de recerca liderat pel Institut de Tecnologia Química (CSIC-UPV), ha patentat un nou catalitzador per purificar etilè que permet controlar millor el rang de temperatures de la reacció i atura qualsevol reacció secundària, cosa que permet dur a terme el procés industrial d'una manera més segura i eficient. El treball s'ha publicat a la revista Nature Catalysis.
La purificació d'etilè requereix un catalitzador, una substància que afavoreix el procés. "A l'actualitat, el catalitzador per 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 metall-orgànica sòlida (MOF, de l'anglès metall-organic framework). El nou catalitzador realitza tot el procés de purificació sobre un únic àtom de pal·ladi unit a un altre àtom d'or únic, el qual modifica l'activitat del pal·ladi per fer-ho més eficient i selectiu i poder així treballar en un rang de temperatures de gairebé 100ºC, davant dels 50ºC dels catalitzadors actuals. A més, a causa de la petita mida de porus de la MOF, es controlen els processos indesitjats de polimerització de l'acetilè.
Per determinar els estats d'oxidació del pal·ladi i l'or a la MOF, l'equip investigador ha fet servir l'equipament de la línia de llum NOTOS d'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 a lestudi.
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 tota mena, envasos, canonades... estan fetes de polietilè, que suposa prop del 15% dels gairebé 400 milions de tones de plàstics 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.