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Mejora de la sostenibilidad de los catalizadores industriales

El gas natural y el petróleo crudo son reservas importantes de alcanos enlazados con enlaces fuertes difíciles de romper. Un grupo de científicos ha desarrollado nuevos catalizadores que funcionan a temperatura ambiente para aumentar el rendimiento de alcanos en condiciones ambientalmente benignas.
Mejora de la sostenibilidad de los catalizadores industriales
En todo el mundo se obtienen la mayoría de materiales basados en carbono y energía mediante la conversión de alcanos del petróleo o del gas natural por oxidación. No obstante, la gran resistencia del enlace carbono-hidrógeno (C-H) requiere temperaturas extremas y esto da lugar a eficiencias de conversión reducidas y emisiones elevadas. El uso de catalizadores que funcionen en condiciones ambientalmente benignas con un coste razonable podría tener un efecto importante sobre el sector.

Los complejos de metales de transición pueden actuar de forma parecida a las enzimas. Un grupo de científicos inició el proyecto «Development of sustainable selective catalytic oxidation of alkanes» (OXALKANES), financiado por la Unión Europea, para aprovecharlos. Los investigadores desarrollaron complejos de metales de transición a partir de metales de transición de la fila 4 de la tabla periódica de los elementos (como hierro, cobalto y cobre). Los aplicaron como catalizadores selectivos homogéneos y heterogéneos para reacciones de activación de C-H a temperatura ambiente con oxígeno suministrado a partir de peróxido de hidrógeno, que es un compuesto ambientalmente benigno. También se utilizaron microondas para aumentar el rendimiento.

La oxidación del ciclohexano generó ciclohexanona y ciclohexanol, con mayores rendimientos que los que se obtienen con catalizadores convencionales y en condiciones suaves y sostenibles. Los productos principales se utilizaron como precursores para sintetizar productos de valor añadido como el nilón 6, un componente ampliamente utilizado en hilos, tejidos y láminas de plástico de uso industrial para los sectores energético y de la alimentación. La oxidación del benceno da lugar a fenol como producto principal. Este es un intermediario importante para sintetizar petroquímicos, agroquímicos y plásticos. Generalmente, la oxidación directa del benceno en fenol se ve obstaculizada por rendimientos bajos y/o una mala selectividad de los catalizadores. Los científicos de OXALKANE demostraron una mayor selectividad que los catalizadores convencionales y rendimientos iguales o mejores que los descritos en la bibliografía con sus catalizadores homogéneos y heterogéneos.

En conjunto, los nuevos complejos de metales de transición de OXALKANE permitieron oxidar alcanos en condiciones suaves y sostenibles, y con rendimientos comparables o mayores que los catalizadores y métodos convencionales. Se espera que sean una aportación importante para numerosos procesos industriales relevantes de oxidación gracias a su mayor sostenibilidad y menor impacto ambiental.

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