Las nano-esponjas de ácido sólido transforman el dióxido de carbono en combustible y los residuos plásticos en productos químicos

Resolver dos problemas de un solo golpe

03.08.2020 - India

Los ácidos sólidos se encuentran entre los catalizadores heterogéneos más esenciales, que tienen el potencial de sustituir a los ácidos líquidos ambientalmente nocivos, en algunos de los procesos más importantes, como el craqueo de hidrocarburos, la alquilación, así como la degradación de desechos plásticos y la conversión de dióxido de carbono en combustible.

Los dos ácidos sólidos más conocidos son los zeolitos cristalinos y los aluminosilicatos amorfos. Aunque las zeolitas son fuertemente ácidas, están limitadas por su microporosidad inherente, lo que causa una limitación extrema de la difusión, mientras que los aluminosilicatos, aunque son mesoporosos, sufren de baja acidez y de una estabilidad moderada. Por lo tanto, es un desafío sintético diseñar y sintetizar ácidos sólidos tanto con fuertes acideces como las zeolitas como con propiedades texturales como los aluminosilicatos, especulados como "zeolitas amorfas", que son idealmente aluminosilicatos amorfos fuertemente ácidos.

Por otro lado, la principal causa del cambio climático es el dióxido de carbono atmosférico, cuyos niveles aumentan cada día. El efecto del calentamiento global en términos de cambios drásticos en los patrones climáticos ya es claramente visible y alarmante. Por lo tanto, existe una gran necesidad de encontrar formas de reducir los niveles de dióxido de carbono, ya sea secuestrándolo o convirtiéndolo en combustible. Por otra parte, una cantidad excesiva de residuos plásticos se ha convertido en un grave problema ambiental. La mayoría de los países generan miles de toneladas de residuos plásticos cada día.

En este trabajo, los investigadores trataron ambos problemas de un solo golpe, desarrollando nano ácidos sólidos que transforman el dióxido de carbono directamente en combustible (dimetil éter) y los residuos plásticos en productos químicos (hidrocarburos).

Utilizando las técnicas de gotas de microemulsión bicontinua como plantilla blanda, el grupo del Profesor Vivek Polshettiwar del Instituto Tata de Investigaciones Fundamentales (TIFR) de Mumbai, sintetizó un aluminosilicato amorfo ácido (AAS), especulado como "zeolitas amorfas", con una morfología de nano-esponja, que presentaba propiedades tanto zeolíticas (fuerte acidez) como de aluminosilicato amorfo (superficie elevada mesoporosa). La presencia de silanol puente similar a la zeolita en la EAA se demostró mediante diversas reacciones catalíticas (apertura de anillo de óxido de estireno, síntesis de vesidryl, alquilación de Friedel-Crafts, síntesis de jazmínaldehído, isomerización de m-xileno y agrietamiento del comeno) que requieren sitios fuertemente ácidos y tamaños de poros más grandes. La sinergia entre la fuerte acidez y la accesibilidad se reflejó en el hecho de que la AAS mostró un mejor rendimiento que las zeolitas y los aluminosilicatos amorfos de última generación. Esto también fue confirmado por detallados estudios de RMN en estado sólido. Así, quedó claro que el material posee sitios de silanol puente similares a la zeolita fuertemente ácida, aunque los materiales no son cristalinos sino amorfos. Por lo tanto, caen dentro de una nueva clase de materiales en la interfaz entre la zeolita cristalina y el aluminosilicato amorfo.

Por lo tanto, el enfoque puede permitir el desarrollo de la catálisis ácida sólida para la degradación de plásticos, así como del dióxido de carbono para alimentar, a las tasas, escalas y estabilidades significativas requeridas para hacer el proceso económicamente competitivo. El protocolo tiene ventajas científicas y tecnológicas, debido a su actividad y estabilidad superiores.

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