Investigadores descubren cómo la accesibilidad de sitios ácidos en zeolitas mejora la conversión de gas de síntesis

Las zeolitas y zeotipos se utilizan ampliamente en las industrias energética y química gracias a sus estructuras de poros únicas y sus excelentes propiedades catalíticas de selección por forma. Sin embargo, estas ventajas inherentes también conducen a limitaciones de difusión, lo que impide que las moléculas invitadas accedan de manera efectiva a los sitios activos internos, obstaculizando así la eficiencia catalítica.

Un estudio publicado en Angewandte Chemie International Edition por un grupo de investigación liderado por los profesores Jiao Feng y Pan Xiulian del Instituto Dalian de Física Química de la Academia China de Ciencias, ha revelado cómo la accesibilidad de los sitios ácidos en las zeolitas juega un papel crucial en el rendimiento de conversión del gas de síntesis (syngas).

Investigación sobre la zeolita mordenita

Utilizando la zeolita mordenita (MOR) como catalizador modelo, los investigadores analizaron su estructura de poros única, donde los sitios ácidos dentro de los bolsillos laterales de anillo de ocho miembros (8MR) actúan como sitios activos para la conversión de syngas a etileno a través del proceso OXZEO, mientras que los canales de anillo de doce miembros (12MR) funcionan como vías de transporte molecular.

Al analizar sistemáticamente los efectos de transferencia de masa de los catalizadores MOR con longitudes de canal 12MR variables (2L), los investigadores establecieron una relación cuantitativa entre la accesibilidad de los sitios activos y el rendimiento catalítico. Además, identificaron que 60 nm representa el umbral crítico para la longitud del canal 12MR, donde la reacción se acercaba a la limitación cinética.

Con esta propiedad, optimizaron el catalizador bifuncional ZnAlO_x-MOR, logrando una conversión de CO del 33% y una selectividad hacia el etileno del 69%. «Nuestro estudio proporciona nuevas perspectivas sobre los mecanismos de transferencia de masa dentro de las zeolitas y ofrece un marco para diseñar catalizadores basados en zeolitas de alto rendimiento», declaró el profesor Jiao.