Figura: Mapeig STEM-HADDF i STEM-EDX del catalitzador FeSb sobre suport de silici després de l'activació en CO on es mostra la formació de les estructures "core-shell" de Fb-Sb.
Cerdanyola del Vallès, 6 d'octubre de 2021. El procés de Fischer-Tropsch és una reacció química catalítica que es va desenvolupar a Alemanya el 1925. A través d'ella, el monòxid de carboni i l'hidrogen presents en el gas combustible conegut com a gas de síntesi es converteixen en hidrocarburs de diversos pesos moleculars. Avui dia la síntesi de Fischer-Tropsch és una via atractiva per convertir el gas de síntesi generat a partir de matèries primeres renovables com ara biomassa, deixalles orgàniques i de plàstic en combustibles i productes químics.
Un dels tipus d'hidrocarburs que es poden sintetitzar amb la reacció de Fischer-Tropsch són els alcans, que s'utilitzen com a fonaments per a multitud de productes, inclosos plàstics, detergents i adhesius.
Un equip d'investigació de la Universitat de Lilla (França) ha desenvolupat un nou procediment per a la síntesi d'alcans mitjançant la reacció de Fischer-Tropsch. Van afegir estany i antimoni a catalitzadors de ferro per incrementar la seva activitat. Aquest procés, anomenat promoció, va resultar en un gran increment de la velocitat de reacció.
L'objectiu d'aquest treball és dilucidar la gènesi i evolució de les fases actives - aquelles que presenten les propietats catalítiques - en el catalitzador durant la seva activació i reacció catalítica utilitzant una combinació de tècniques de caracterització in-situ i avançades. Els experiments in-situ, específicament, van jugar un paper crucial per estudiar tant els catalitzadors de ferro com els promotors, estany i antimoni, sota condicions de reacció.
Els estudis duts a terme en aquest treball han permès un clar enteniment del fenomen catalític i obren perspectives per a la millora dels catalitzadors.
Una mirada més propera a la interacció entre els promotors i catalitzadors
Figura: (a) Espectre XANES del catalitzador FeSb / SiO2 en el vèrtex k de l'Sb durant l'escalfament en CO i (b) evolució corresponent de les espècies de Sb. (C) mòdul de la transformada de Fourier EXAFS després de l'activació en Co, reacció de Fischer-Tropsch i refredament a temperatura ambient. (D) Conversió del Co en funció del temps per als catalitzadors Fe / SiO2, FeSn / SiO2 i FeSb / SiO2 (condicions de reacció: T = 350 ° C, P = 10 bar, H2 / CO = 1, WHSV = 3.6 L g-1 h-1).
L'espectroscòpia d'absorció de raigs-X in-situ duta a terme a la línia de llum CLÆSS del Sincrotró ALBA va demostrar que l'antimoni es redueix completament al seu estat metàl·lic i forma nanopartícules bimetàl·liques de ferro-antimoni sota condicions de reacció, mentre que una fracció significativa de l'òxid d'estany segueix present.
La promoció amb antimoni resulta en una millora major de la carburació del ferro (procés d'adhesió de carburs al ferro) en comparació amb la promoció amb estany. La millora en la velocitat de reacció s'atribueix als efectes electrònics que sorgeixen dels promotors localitzats prop de les nanopartícules de carbur de ferro. Els efectes electrònics milloren l'activitat intrínseca dels llocs actius, que són el conjunt d'àtoms que catalitzen la reacció de forma directa. L'activitat específica dels llocs actius, anomenada freqüència de recanvi, s'incrementa de 7 a 10 vegades a causa de la interacció de les espècies de carbur de ferro amb l'antimoni i l'estany.
Aquest estudi és una col·laboració entre investigadors i investigadores de la Universitat de Lilla (França), la Universitat Tècnica de Delft (Holanda), la Universitat de Gant (Bèlgica), el Sincrotró ALBA, el Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) i la Universitat de Normandia & INSA de Roan (França).
Referència: Deizi V. Peron a, Alan J. Barrios, Alan Taschin, Iulian Dugulan, Carlo Marini, Giulio Gorni, Simona Moldovan, Siddardha Koneti, Robert Wojcieszak, Joris W. Thybaut, Mirella Virginie, Andrei Y. Khodakov. Active phases for high temperature Fischer-Tropsch synthesis in the silica supported iron catalysts promoted with antimony and tin. Applied Catalysis B: Environmental (2021). DOI: 10.1016/j.apcatb.2021.120141
Amb la col·laboració de la Fundació Espanyola per a la Ciència i la Tecnologia. El Sincrotró ALBA forma part de la xarxa d'Unitats de Cultura Científica i de la Innovació (UCC+i) de la Fundació Espanyola per a la Ciència i la Tecnologia (FECYT) i ha rebut suport a través del projecte FCT-20-15798.
