Nuevos catalizadores para mejorar la producción de metanol mediante la deshidrogenación de dióxido de carbono.

Dióxido de carbono (CO₂) las emisiones son un importante contribuyente al calentamiento global, lo que pone de relieve la necesidad crítica de medidas de reducción de emisiones. En consecuencia, está aumentando la búsqueda de alternativas a los combustibles fósiles, que son la principal fuente de CO.₂ El metanol efluente surge como un combustible versátil y asequible, que ofrece una alternativa prometedora a los combustibles de transporte convencionales. Además, en los esfuerzos por reducir los efectos de estas emisiones, se ha prestado especial atención al CO.₂ Captar y utilizar tecnologías. Estos métodos avanzados incluyen la captura de CO.₂ del medio ambiente y convertirlo en productos con valor añadido. Síntesis de metanol por CO₂ Entre estas tecnologías, la hidrogenación destaca como un método especialmente prometedor.

Para la síntesis de metanol por CO₂ Para la hidrogenación, las temperaturas de reacción más bajas son mejores porque se libera calor durante la reacción. En consecuencia, los estudios se han centrado en el desarrollo de catalizadores que exhiban una alta actividad a bajas temperaturas. Los catalizadores basados ​​en óxido de cobre-zinc (Cu-ZnO) son particularmente favorables para este propósito debido a su capacidad para formar una interfaz Cu-ZnO que se une y convierte el CO.₂ en intermediarios de formiato que a su vez promueve la producción de metanol. Aumentar la superficie de esta interfaz es una forma eficaz de mejorar el rendimiento, que se puede lograr aumentando la dispersión de las nanopartículas de Cu. Sin embargo, las nanopartículas de Cu son térmicamente inestables y se aglomeran durante la preparación y reacción del catalizador, reduciendo así el área de interfaz. Además, la formación de agua como subproducto de la síntesis de metanol acelera la acumulación de Cu e inhibe la formación de formiato.

Para abordar estas cuestiones, un equipo de investigadores dirigido por el profesor Teruyuki Tago del Departamento de Ciencia e Ingeniería Química de la Escuela de Materiales y Tecnología Química del Instituto de Tecnología de Tokio desarrolló la novedosa Silicalita-1 (S-1). Catalizadores “Las investigaciones indican que la encapsulación de metales dentro de portadores porosos como sílice o zeolita reduce eficazmente la agregación térmica. Por lo tanto, nuestro enfoque está en un nuevo y eficiente Cu- para la producción de metanol a través de catalizadores basados ​​en CO para preparar₂ hidrogenación, con especial énfasis en la encapsulación de nanopartículas de Cu dentro del material poroso”, explicó Tegu. Su estudio estuvo disponible en línea el 21 de febrero de 2024 y se publicó formalmente en el Volumen 485. Revista de ingeniería química El 1 de abril de 2024. La UE apoyó el proyecto a través de su Marco Horizon2020 y SCICORP (Proyecto Laurelin) a través de la Agencia Japonesa de Ciencia y Tecnología.

Los investigadores fabricaron dos tipos de catalizadores, un catalizador de Cu/S-1 en el que el cobre se cargaba sobre S-1 hidrofóbico mediante impregnación, y un catalizador de Cu@S-1, en el que el filosilicato de Cu (CuPS) era polvo. El S-1 se utiliza como fuente de metal para encapsular partículas de Cu en zeolita. Cu@S-1 se preparó reduciendo el polvo de CuPS disuelto. Los investigadores estudiaron el tiempo de disolución de los precursores de CuPS en las propiedades catalíticas y revelaron que los tiempos de disolución inadecuados afectan significativamente el tamaño de las partículas de Cu. La disolución máxima del precursor dio como resultado un catalizador con partículas de Cu de aproximadamente 2,4 nm dentro de S-1, que exhibe una actividad catalítica máxima. Este catalizador exhibió mayor actividad de hidrogenación y rendimiento de metanol que Cu/S-1.

Para mejorar aún más el rendimiento de metanol, se añadió ZnO a Cu@S-1 mediante impregnación, formando un catalizador de ZnO/Cu@S-1 con finas partículas de Cu. Este catalizador mostró una actividad aún mayor, lo que sugiere la formación de una interfaz Cu-ZnO. “Nuestros resultados muestran que la estructura de encapsulación con S-1 suprime eficazmente la agregación térmica de partículas de Cu, al mismo tiempo que facilita la rápida eliminación del subproducto de agua alrededor de la interfaz Cu-ZnO, mejorando así la síntesis de metanol. “, comentó Tago.

En general, este estudio demuestra la eficacia del nuevo método de encapsulación para la preparación de catalizadores altamente activos, que ofrece una ruta prometedora para la producción eficiente de metanol a partir de CO.₂.