Investigadores del Instituto de Tecnología Química, centro mixto del Consejo Superior
de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universitat Politècnica de València, han
desarrollado una técnica que, mediante el uso de moléculas directoras, modula la
estructura de la zeolita durante la síntesis para conseguir capacidades catalíticas
preestablecidas. Este trabajo, que podría tener múltiples aplicaciones industriales, ha
sido publicado en la revista Science.
Las zeolitas son materiales cristalinos con una estructura de pequeños poros regulares
que permiten la entrada de moléculas en su interior. En función de la composición
química y la topología de estos poros estructurales, permiten desarrollar distintas
reacciones químicas. “La estructura actúa como un tamiz, dejando pasar sólo aquellas
moléculas que sean más pequeñas que los poros”, explica el profesor de investigación
del CSIC Avelino Corma. Por este motivo, “las zeolitas se utilizan habitualmente en
muchos procesos catalíticos y tienen un gran impacto en industrias como la
petroquímica, la química fina o la separación de gases”, aclara Corma.
El proceso de síntesis de las zeolitas es muy complejo. Aunque se conocen técnicas que
ayudan a guiar la síntesis de la zeolita y su reactividad, prevalecen los enfoques de
ensayo y error. También resulta arduo el proceso de desentrañar la aplicabilidad de
una zeolita, ya que probar todas las zeolitas conocidas para una reacción particular
requiere de mucho trabajo. “Pensamos que si conseguíamos desarrollar un método
que nos permitiera diseñar y sintetizar una zeolita que sirviera de catalizador para una
reacción química preestablecida, conseguiríamos un importante avance en este
campo. Además, este trabajo parte del concepto en el que se basa el ERC Advanced
Grant que obtuve hace año y medio”, añade Corma.
Un buen catalizador debe ser capaz de reducir al mínimo la energía liberada durante el
estado de transición de una reacción química, que es el punto de máxima energía donde se produce la formación de los productos. Para lograr su objetivo, los científicos
del Instituto de Tecnología Química de Valencia han empleado una técnica que se basa
en el uso de moléculas orgánicas, similares en forma y carga a las del estado de
transición de la reacción catalítica preestablecida que se quiere conseguir, que ejercen
un efecto director en la estructura de la zeolita durante el proceso de síntesis.
Mediante esta técnica, los investigadores han sintetizado dos zeolitas, la ITQ-27 y la
ITQ-64, y las han comparado con otras zeolitas conocidas llevando a cabo reacciones
de interés industrial como la desproporción del tolueno o la isomerización de
etilbenceno a xileno. El tolueno es un hidrocarburo aromático que sirve de materia
prima para la elaboración de poliuretano, medicamentos, colorantes, perfumes y
detergentes, entre otros usos. El xileno, por ejemplo, se emplea como disolvente,
diluyente para pinturas, en productos farmacéuticos, como aditivo de alto octanaje
para combustibles aeronáuticos, y como materia prima para la preparación de
polímeros del tipo tereftalatos, un tipo de plástico muy usado en envases de bebidas y
textiles.
“El método de diseño que hemos desarrollado permitirá sintetizar zeolitas
selectivamente, con mejores capacidades catalíticas en diferentes procesos químicos y
petroquímicos que otros catalizadores zeolíticos comerciales”, concluye Corma.
Este trabajo, que abre un nuevo camino en el diseño de catalizadores zeolíticos más
selectivos y sensibles, coincide en sus resultados con los objetivos de SynCatMatch
(MATching zeolite SYNthesis with CATalytic activity), el proyecto por el que Avelino
Corma obtuvo un ERC Advanced Grant en junio de 2015. Los Advanced Grants del
Consejo Europeo de Investigación (ERC por sus siglas en inglés) se conceden a
investigadores con más de 10 años de experiencia que desarrollan proyectos en la
frontera del conocimiento, y tienen una financiación de hasta 3,5 millones de euros
para un periodo de 5 años.
Eva María Gallego, M. Teresa Portilla, Cecilia Paris, Alejandro León-Escamilla, Mercedes Boronat, Manuel Moliner y
Avelino Corma. “Ab initio” synthesis of zeolites for preestablished catalytic reactions. Science. DOI:
10.1126/science.aal0121
