El etileno es el primer compuesto orgánico producido a nivel mundial –cerca de 100 millones de toneladas al año– y es la base para multitud de productos químicos utilizados comúnmente, 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.
El etileno purificado es esencial para preparar los compuestos que le siguen en la cadena de valor química, como por ejemplo el polietileno, el segundo plástico más producido escala mundial. Esta purificación requiere de un catalizador que favorezca el proceso, ya que el etileno crudo contiene un 1% de acetileno que imposibilita la polimerización y, por tanto, debe ser hidrogenado a etileno. Por este motivo, la reacción debe mantenerse en un rango de temperaturas muy estricto para evitar un incremento inesperado de temperatura.
La purificación de etileno es la segunda reacción en volumen a escala mundial en química orgánica. Bolsas de todo tipo, envases, tuberías son objetos fabricados con polietileno, que supone cerca del 15% de los casi 400 millones de toneladas de plásticos producidas en 2021.
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
Así, en este proyecto se ha desarrollado un catalizador de paladio bien definido, insertado en una red metal-orgánica sólida (MOF, por el inglés Metal-Organic Frameworks), que permite controlar muchísimo mejor el rango de temperaturas de la reacción y detiene cualquier reacción secundaria, lo que permite llevar a cabo la reacción en condiciones industriales de una manera más segura y eficiente, evitando los problemas de seguridad y costes asociados al actual proceso industrial.
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 100 grados centígrados, frente a los 50 grados de los catalizadores actuales. Además, debido al pequeño tamaño de poro del MOF, se controlan los procesos indeseados de polimerización del acetileno.
El nuevo catalizador, que ha sido patentado, 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 a la Universitat de València como al CSIC y a la UPV, en un ejemplo de colaboración entre distintas instituciones de investigación
Según el equipo, 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.
En el trabajo, recientemente publicado en la revista Nature Catalysis, participan el Instituto de Ciencia Molecular (ICMOL), ubicado en el Parc Científic de la Universitat de València, el Instituto de Tecnología Química (ITQ), la Universidad de Cádiz, el sincrotrón CELLS−ALBA y la Universidad de Calabria (Italia).
El nuevo catalizador, que ha sido patentado, 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 a la Universitat de València como al CSIC y a la UPV, 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. https://www.nature.com/articles/s41929-024-01130-7