Intermediários de zeólitas oferecem novas possibilidades em catálise

Para se obter zeólitas estáveis—materiais inorgânicos porosos, usados como catalisadores industriais -, os pesquisadores geralmente convertem a estrutura interna das zeólitas, transformando fases mais soltas em formas mais estáveis e mais densas. Dessa vez, os químicos pegaram essas zeólitas no meio de sua transformação e descobriram que os intermediários resultantes sobrecarregam três reações importantes no setor (J. Am. Chem. Soc. 2022, DOI: 10.1021/jacs.2c00665). O processo é altamente ajustável, dando aos químicos mais controle sobre as propriedades de seus catalisadores.

“A transformação dentro da zeólita é um processo bem conhecido no campo”, diz Javier García Martínez, cujo laboratório, na Universidade de Alicante, realizou o estudo com colaboradores da Universidade Nacional da Colômbia. “Decidimos interromper o processo em momentos diferentes e testar a atividade catalítica dos intermediários”, diz ele.

A equipe de García Martínez usou três métodos estabelecidos para obter os intermediários da transformação dentro da zeólita (ITIs): usando um modelo orgânico, um surfactante ou uma combinação de ambos. Todos são procedimentos padrão para a fabricação de zeólitas mesoporosas em escala industrial. O método de combinação cria uma competição entre o modelo orgânico e o surfactante, transformando as zeólitas de maneira bem mais lenta, o que pode ser uma vantagem no controle e monitoramento da formação dos ITIs, diz García Martínez.

Os pesquisadores testaram os ITIs como catalisadores em três reações catalisadas por ácido populares, incluindo uma alquilação Friedel-Crafts, uma condensação Claisen-Schmidt e um craqueamento com poliestireno. No geral, a taxa de rotatividade dos novos catalisadores foi até seis vezes mais rápida que as zeólitas comerciais.

Como os materiais não têm tempo para se fixar completamente na nova estrutura, seus poros são maiores, permitindo, assim, que as moléculas penetrem facilmente na rede porosa. Além disso, os grupos altamente ácidos dos ITIs ficam mais expostos, acelerando a catálise ácida, diz García Martínez. “É exatamente por isso que os ITIs apresentam grande atividade”.

“Algumas pessoas tentaram desenvolver materiais catalíticos semelhantes, mas este processo parece mais reprodutível”, diz Raúl Lobo, especialista em zeólitas e engenharia de materiais da Universidade de Delaware, que não participou do estudo. Lobo aponta como vantagem o melhor controle sobre a transformação e a uniformidade dos poros dos novos catalisadores.

Matteo Cargnello, que estuda materiais para catálise na Universidade de Stanford, diz: “Esta síntese pode ser facilmente adaptada para grandes escalas”. As empresas podem levar em consideração o custo adicional do surfactante se sua produtividade aumentar, acrescenta.

Enquanto isso, García Martínez e colaboradores solicitaram o registro de uma patente da tecnologia. “As possibilidades de transformação do poliestireno em hidrocarbonetos já atraíram alguns interessados”, diz ele.