Un groupe de scientifiques japonais a développé un ultrastable, catalyseur sélectif pour déshydrogéner le propane - un processus essentiel pour produire la substance pétrochimique clé du propylène - sans désactivation, même à des températures de plus de 600 degrés C.

Le propylène est une matière première importante pour les plastiques, caoutchouc synthétique, tensioactifs, colorants et produits pharmaceutiques. Dans les années récentes, il y a eu une demande accrue de propylène produit à partir de produits moins chers, propane de schiste. Des températures de réaction supérieures à 600 degrés C sont nécessaires pour obtenir des rendements en propylène suffisants, mais dans ces conditions difficiles, une désactivation sévère du catalyseur est inévitable en raison du dépôt de carbone et/ou du frittage. Catalyseurs en usage pratique, donc, doit être régénéré en continu ou en cycles courts, rendant le processus inefficace et coûteux.

Dans la présente étude, le groupe, y compris un étudiant à la maîtrise Yuki Nakaya et professeur agrégé Shinya Furukawa à l'Institut de catalyse de l'Université d'Hokkaido, focalisé sur les intermétalliques (PtGa) du platine (Pt) et du gallium (Ga), qui ont des propriétés et des structures uniques. Le PtGa a une stabilité thermique élevée et sa structure ne change pas, même sous des températures élevées. Il est également connu pour avoir deux types de sites catalytiques à sa surface :un site avec trois atomes de Pt (site Pt3) et un avec un seul atome de Pt isolé (site Pt1).

Le groupe a émis l'hypothèse que si les sites Pt3, qui facilitent le dépôt de carbone en plus de produire du propylène, sont désactivés pour permettre uniquement aux sites Pt1 de fonctionner, le catalyseur sera ultrastable et également capable d'empêcher le dépôt de carbone. Le groupe a essayé diverses méthodes de synthèse de métaux et de catalyseurs pour ne conserver que la fonction du site Pt1.

Le catalyseur nouvellement développé (PtGa-Pb/SiO 2 ), qui est supporté par de la silice et fabriqué en ajoutant du plomb (Pb) à la surface de PtGa, ne présente aucune désactivation lors de la déshydrogénation du propane à 600 degrés C. Le catalyseur a maintenu le taux de conversion initial de 30 pour cent pendant 96 heures après le début de la réaction, qui est nettement plus stable que les catalyseurs conventionnels. La sélectivité du propylène est aussi élevée que 99,6 pour cent avec peu de réactions secondaires, y compris les dépôts de carbone. Les résultats ont montré que ce catalyseur produit les meilleures performances au monde à des températures de 580 degrés C ou plus. En particulier, sa durée de vie est plus de deux fois supérieure à la longévité record signalée précédemment pour de tels catalyseurs. Par ailleurs, le catalyseur peut être produit aussi bon marché que les catalyseurs conventionnels. Leur analyse structurale a confirmé les sites Pt3, pas les sites Pt1, ont été couverts et désactivés par Pb, comme ils s'y attendaient.

« Notre découverte pourrait conduire à un processus industriel plus efficace et moins cher pour produire du propylène à partir de propane sans avoir besoin de régénération du catalyseur, ce qui est bien supérieur en sélectivité et en stabilité à ceux conventionnels, " dit Furukawa. " De plus, cette méthode pourrait être applicable à la déshydrogénation d'autres alcanes inférieurs tels que l'éthane et l'isobutane, contribuant ainsi au développement de l'industrie pétrochimique."

L'étude est publiée dans Communication Nature .