Supporti catalitici nanoporosi metallici
La reazione FT (idrogenazione di monossido di carbonio (CO)) avviene su catalizzatori di cobalto (Co) o ferro (Fe), ma le temperature e le pressioni elevate causano delle interazioni con i supporti catalitici che tendono a produrre una disattivazione irreversibile dei catalizzatori. Gli scienziati hanno esaminato l’uso di supporti catalitici in SiC poroso nella sintesi FT grazie al finanziamento da parte dell’UE del progetto SICCATALYSIS (“Porous silicon carbide as a support for Co metal nanoparticles in Fischer-Tropsch synthesis”). Il SiC è conosciuto per la sua elevata conduttività termica, inerzia e stabilità meccanica, caratteristiche che lo rendono un eccellente candidato come supporto catalitico in reazioni ad alte temperature. Il SiC poroso previene il surriscaldamento dei metalli e la sinterizzazione dei composti attivi grazie alla elevata conduttività termica del SiC. La natura porosa consente l’integrazione di nanoparticelle di Co per un’attività e una selettività più elevate per unità di massa del catalizzatore in confronto a supporti non porosi. I ricercatori hanno impiegato due strade differenti per ottenere il SiC poroso con un’area mesostrutturata ben ordinata e di ampia superficie. L’erosione elettrochimica di un wafer di SiC policristallino ha ottenuto un grande successo in termini di caratteristiche del poro, area della superficie e stabilità ad alte temperature. Una strada di sintesi con nano fusione prevedeva di impregnare i pori di uno stampo di biossido di silicio (SiO2) con policarbosilano. I materiali sono stati quindi sottoposti a ricottura a temperature molto elevate e il SiO2 è stato eliminato dai pori SiC. Sono stati inoltre sfruttati due differenti metodi per integrare il SiC poroso con Co per gli studi sulla reazione FT: una tecnica di iniezione a caldo e una di precipitazione lenta. Campioni di Co/SiC poroso sottoposti a passivazione sono stati trasferiti a un reattore ad alta pressione per valutare l’attività catalitica nella reazione FT di sintesi. Curiosamente, gli scienziati hanno notato un aumento significativo nella selettività per C2+ e un calo nella produzione di metano. Questo risultato supporta l’idea che il metano si forma per idrogenazione del carbonio di superficie dopo la dissociazione CO, mentre l’allungamento della catena coinvolge un meccanismo differente. Il team sta ora studiando la formazione di alcoli a lunga catena mediante sintesi FT attraverso il mescolamento di Co e rame. Tali alcoli sono delle materie prime importanti per, tra gli altri, plastificanti, lubrificanti e detergenti. SICCATALYSIS ha fornito delle informazioni importanti sull’uso del SiC poroso con struttura ben definita quale supporto mesoporoso per nanoparticelle metalliche in reazioni catalitiche altamente esotermiche.
Parole chiave
Supporti catalitici, Fischer-Tropsch, cobalto, carburo di silicio, poroso
