Los intermedios de zeolita ofrecen nuevas posibilidades en catálisis

Para estabilizar las zeolitas– unos materiales inorgánicos porosos empleados como catalizadores industriales – los investigadores suelen convertir su estructura interna, transformando las fases más sueltas y flexibles en formas más estables y densas. Ahora, los químicos han detectado estas zeolitas en medio de la transformación, y han descubierto que los productos intermedios resultantes sobrecargan tres reacciones importantes en la industria (J. Am. Chem. Soc. 2022, DOI: 10.1021/jacs.2c00665). El proceso es altamente ajustable, dando a los químicos más control sobre las propiedades de sus catalizadores.

“La transformación de interzeolitas es un proceso bien conocido en el campo”, dice Javier García Martínez, cuyo laboratorio en la Universidad de Alicante realizó el estudio con colaboradores de la Universidad Nacional de Colombia. “Decidimos detener el proceso en diferentes momentos y probar la actividad catalítica de los intermedios”, añade.

El equipo de García Martínez utilizó tres métodos establecidos para obtener los intermedios de la transformación de interzeolitas (ITIs): utilizando una plantilla orgánica, un surfactante o una combinación de ambas estrategias. Todos son procedimientos estándar para la fabricación de zeolitas mesoporosas a escala industrial. El método de combinación crea una competición entre la plantilla orgánica y el surfactante, transformando las zeolitas considerablemente más despacio, lo que podría ser una ventaja para controlar y monitorear la formación de ITI, dice García Martínez.

Los investigadores probaron los ITIs como catalizadores en tres reacciones populares catalizadas en medio ácido, incluida una alquilación de Friedel-Crafts, una condensación de Claisen-Schmidt y el craqueo de poliestireno. En general, el número de recambio de los nuevos catalizadores fue de hasta seis veces más rápido que el de las zeolitas comerciales.

Debido a que no se les da tiempo a los materiales para que se asienten completamente en la nueva estructura, sus poros son más grandes, lo que permite que las moléculas penetren fácilmente en la red porosa. Además, los grupos fuertemente ácidos de los ITIs están más expuestos, haciendo que se acelere la catálisis ácida, dice García Martínez. “Esta es exactamente la razón por la cual los ITIs muestran una gran actividad”.

“Algunas personas habían intentado diseñar materiales catalíticos similares, pero este proceso parece más reproducible”, dice Raúl Lobo, experto en zeolitas e ingeniería de materiales de la Universidad de Delaware, quien no estaba involucrado en el estudio. Lobo señala la ventaja del control mejorado sobre la transformación y la uniformidad de los poros de los nuevos catalizadores.

Matteo Cargnello, quien estudia materiales para catálisis en la Universidad de Stanford, dice: “Esta síntesis podría adaptarse fácilmente a gran escala”. Las empresas podrían considerar el coste adicional del surfactante si aumenta su productividad, añade.

Mientras tanto, García Martínez y colaboradores han solicitado una patente sobre esta tecnología. “Las posibilidades de transformar el poliestireno en hidrocarburos ya han atraído a algunos interesados”, dice.