Les chimistes de RUDN ont créé des catalyseurs pour la synthèse bon marché et efficace du propylène et de l'éthylène

Le propylène est utilisé dans la production de films, de tuyaux, d'emballages alimentaires, de matériaux isolants et de sacs, et l'éthylène est un intermédiaire important dans l'industrie chimique. Ils sont produits principalement à partir de gaz de schiste, mais les chimistes cherchent des moyens de les synthétiser à partir de propane. Cette source doit donner plus de rendement, mais elle nécessite des catalyseurs qui peuvent être instables ou trop coûteux, difficiles à produire. Certains créent des sous-produits toxiques de la réaction, d'autres ont besoin d'une température élevée pour fonctionner. Les zéolithes sont un grand groupe d'aluminosilicates de calcium. Ils peuvent déclencher la conversion du propane en propylène et de l'éthanol en éthylène selon une voie différente des réactions avec le reste des catalyseurs. Cela permet la réaction à des températures plus basses, ce qui rend le processus plus pratique et moins cher. En outre, leur activité peut être ajustée en fonction de la température, de la composition du matériau, de la méthode de modification et d'autres conditions. Les catalyseurs à base de zéolite HZSM-5 peuvent directement «échantillonner» l'hydrogène du propane pour fabriquer du propylène.

«Nous avons étudié comment les caractéristiques de structure et de texture des zéolithes HZSM-5 et de leurs composites avec des nanoparticules d'anatase minérale affectent leur activité catalytique dans les réactions au propane à haute température et à l'éthanol liquide à température moyenne», a déclaré Ekaterina Markova, pH.d. de RUDN.

Les chimistes de RUDN ont créé, testé et caractérisé diverses modifications de la zéolite HZSM-5 afin de choisir les meilleures options pour la production industrielle. Le minéral anatase est l'une des modifications naturelles du dioxyde de titane que l'on trouve souvent dans les dépôts de cristal. Les chimistes ont d'abord obtenu des catalyseurs à partir de zéolithes HZSM-5 et de nanoparticules d'anatase en utilisant la synthèse hydrothermale et la technologie sol-gel. En conséquence, de nouveaux groupes fonctionnels sont apparus dans les zéolithes, la texture de la surface des particules et la taille des pores ont changé, ce qui a également affecté leur activité. Les caractéristiques de ces catalyseurs ont été étudiées sous différents angles, puis leurs effets sur l'éthanol et le propane ont été testés.

Si pour la forme initiale des zéolithes HZSM-5 et du propane, la sélectivité maximale était de 75% à 650 °C, alors avec les nanoparticules d'anatase, la sélectivité a augmenté à 85%. En réaction avec l'éthanol, les zéolithes contenant des nanoparticules ont contribué à réduire la température de réaction et à porter la production à 94-100%. Dans le même temps, les catalyseurs obtenus par la technologie sol-gel étaient plus actifs dans les réactions avec le propane et les résultats de la synthèse hydrothermale étaient mieux adaptés au travail avec l'éthanol.

«L'ajout de nanoparticules d'anatase, le nombre et le volume de pores de tailles différentes, la teneur en groupes hydroxyle et d'autres caractéristiques affectent le fonctionnement des catalyseurs. Cela nous permettra de contrôler le cours des réactions, dont nous avons également étudié les mécanismes. Nos catalyseurs ne sont pas moins, voire plus actifs, que les analogues disponibles dans le commerce, mais ils sont plus faciles à fabriquer. En outre, ils sont moins chers et vous permettent de contrôler plus précisément le processus de production d'éthylène et de propylène», a déclaré Anna Zhukova, pH.d., professeur adjoint au département de chimie physique et colloïdale de RUDN.

Les résultats sont publiés dans la revue Catalysis Today.