La déshydrogénation du propane est une voie industrielle clé pour produire du propylène sans compter sur l'huile. Cependant, ses processus de production actuels reposent fortement sur des catalyseurs de métaux précieux tels que les matériaux à base de PT. Le développement d'alternatives efficaces utilisant des métaux abondants de la Terre est resté un défi.
Dans une étude publiée dans Catalyse de la natureLe groupe du professeur Xiao Jianping de l'Institut Dalian de physique chimique (DICP) de l'Académie chinoise des sciences, et des collaborateurs, a développé un catalyseur de zéolite cobaltosilicate haute performance (COS-1) via une méthode de synthèse hydrothermique.
Le catalyseur a uniquement des sites de cobalt tétraédrique et aucune des espèces de cobalt instables, atteignant une productivité de propylène pouvant atteindre 9,7 kgC3= kgchat–1 H–1dépassant celui d'un PTSN industriel / Al2O3 catalyseur.
La méthode de synthèse impliquait un gel composé de sels de cobalt, de tétraéthyl orthosilicate, d'hydroxyde de tétrapropylammonium (TPAOH), d'urée et d'eau, suivi d'une cristallisation à 180 ° C. Après calcination pour éliminer la matrice organique et le lavage à triple acide nitrique à 80 ° C pour éliminer les espèces en excès de cobalt, le catalyseur COS-1 résultant ne contenait que des sites de cobalt tétraédriques sans espèce de CO non instable.
Grâce aux calculs de la théorie fonctionnelle de la densité et aux simulations de dynamique moléculaire ab initio, les chercheurs ont étudié la stabilité de différents centres actifs et ont découvert le mécanisme derrière les performances élevées du catalyseur COS-1.
Ils ont révélé que le cadre flexible de zéolite avait évidemment abaissé les barrières de déshydrogénation sur des sites isolés de cobalt en raison des effets entropiques, entraînant une barrière plus faible de la déshydrogénation du propane qu'un PT3Alliage sn.
Les simulations microcinétiques ont en outre montré que si COS-1 avait une barrière de déshydrogénation plus faible, sa vitesse de réaction globale aux conversions initiales était légèrement inférieure à celle de Pt3SN, en raison d'une concentration réduite de propane aux sites de CO isolés – un effet de la perte d'entropie pendant la diffusion dans les canaux de zéolite.
Le COS-1 développé dans cette étude présente une excellente stabilité de longue date. Les chercheurs ont prouvé que cela peut être attribué à l'adsorption non liée du propylène dans la zéolite, ce qui permet une désorption rapide des produits et réduit la formation de coke.
