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Catalizadores con óxidos de hierro para la industria petroquímica y energética

Investigadores de la Universidad de Córdoba y la Academia China de las Ciencias han demostrado la capacidad de los óxidos de hierro como catalizador en la fabricación de plásticos, la mejora de carburantes y la producción de pilas de combustible. El resultado supone un avance en la búsqueda de alternativas al uso de nanopartículas de oro o paladio, unos recursos poco disponibles y costosos.

Los investigadores han demostrado la capacidad como catalizador del óxido de hierro. / Fuzic

Uno de los procesos habituales para acelerar las transformaciones industriales de la materia es la catálisis, con la que se aumenta la velocidad de las reacciones químicas por medio de unas sustancias denominadas catalizadores.

Investigadores de la Universidad de Córdoba (UCO) y la Academia China de las Ciencias han conseguido caracterizar para su uso en la catálisis uno de estos compuestos: los óxidos de hierro, que son más baratos que los materiales empleados actualmente y más sostenibles desde el punto de vista ambiental.

Los catalizadores heterogéneos son elementos fundamentales en la denominada química verde o ambiental. De forma convencional, para transformar la materia se han empleado reactivos, pero éstos se consumen en el proceso y sus restos pueden deteriorar el entorno. A diferencia de los reactivos, los catalizadores no se consumen en el proceso, pudiendo en principio ser reutilizados después de cada reacción.

Los óxidos de hierro son más baratos que los materiales empleados actualmente y más sostenibles desde el punto de vista ambiental

Por esta razón, aproximadamente el 60% de los productos químicos (abonos, fármacos, cosméticos, pero también sistemas de descontaminación o de energías renovables) que se producen actualmente se generan a través de procesos catalíticos. En la actualidad, químicos de diferentes centros de investigación de todo el planeta compiten en una carrera para dar con catalizadores más eficientes y más sostenibles ambientalmente.

“Existe un interés general en el desarrollo de nuevos materiales para procesos de catálisis en campos como la descontaminación y la valorización de la biomasa”, explica Rafael Luque, del Departamento de Química Orgánica de la UCO. En muchos casos, esta búsqueda global ha apuntado hacia nanopartículas de metales como el oro, el paladio o el platino. De hecho, hay en el mercado una serie de materiales catalíticos de óxidos metálicos y, en menor medida, de oro y paladio, menos disponibles y más caros.

Desde el equipo de investigación que dirige Luque se han fijado en estos compuestos habituales en la naturaleza: “Hasta la fecha, no ha habido un gran interés científico por los óxidos de hierro, aunque ya hay grupos de Alemania y Estados Unidos e incluso dentro de nuestra universidad que los están investigando”.

Los científicos del grupo FQM-383 del Departamento de Química Orgánica de la Universidad de Córdoba se han adelantado a sus competidores y en una serie de artículos publicados recientemente han demostrado algunas de las capacidades de los óxidos de hierro como catalizadores o soportes. Son muy versátiles y, algunos de ellos debido a su capacidad magnética, son válidos para separar materiales utilizando un simple imán, sin requerir una fuente de energía externa, lo que los convierte en más eficientes.

Diversas aplicaciones industriales

Los hallazgos tienen gran aplicabilidad para industrias diversas, como la petroquímica en la fabricación de polímeros (plásticos) o en mejora de la calidad de las gasolinas (mediante reacciones de alquilación de aromáticos) y la electroquímica en la producción de pilas de combustible, explica Luque. Algunos de los óxidos de hierro (existen dieciséis tipos) tienen además propiedades fotocatalíticas, por lo que podrían ser usados en la descontaminación de aguas o en la conversión de biomasa para producir biocombustibles.

Para conocer estas propiedades catalíticas de los óxidos de hierro, la UCO se ha aliado con industrias petroquímicas españolas y chinas y con la Academia China de las Ciencias. Luque es profesor visitante en la subsede que esta institución científica china tiene en Changchun (provincia de Jilin, en el noreste del país).

El grupo de investigación ha desarrollado además una metodología alternativa para mejorar, además del material usado los diferentes procesos de transformación, el proceso en sí mismo. La metodología escogida es la mecanoquímica, que ha sido implementada con éxito en molinos de escala industrial ubicados en la superpotencia oriental.

“En esta colaboración internacional, la UCO aporta el conocimiento (know-how), mientras que el Laboratorio Estatal de Química Aplicada de la Academia China de las Ciencias testea nuestras ideas y desarrollan el concepto. De manera general, aquel país dispone de más recursos que nosotros, además de una mano de obra mucho más barata”, indica el profesor de la universidad española.

“Por efecto de procesos mecanoquímicos conseguimos que algunos nanomateriales sean más estables durante la catálisis”, explica el especialista. “Estos procedimientos además son muy reproducibles”, señala el autor, “por lo que pueden ser escalados e implementados de una manera rápida y eficiente en procesos industriales”.

Referencia bibliográfica:

Jianming Zhao, Rafael Luque, Wenjing Qi, Jianping Lai, Wenyue Gao, Muhammad Rehan Hasan Shah Gilani y Guobao Xu; ‘Facile surfactant-free synthesis and characterization of Fe3O4@3-aminophenol-formaldehyde core-shell magnetic microspheres’. Journal of Materials Chemistry A. 2015, 3, 519-524 DOI: 10.1039/C4TA03821E

Jianping Lai, Wenxin Niu, Rafael Luque, Guobao Xu, ´Solvothermal synthesis of metal nanocrystals and their applications´, Nano Today, 2015, 10, 240-267. DOI: 10.1016/j.nantod.2015.03.001

Chunping Xu, Sudipta De, Alina M. Balu, Manuel Ojeda, Rafael Luque, ´Mechanochemical synthesis of advanced nanomaterials for catalytic applications´.
Chem. Commun., 2015, 51, 6698-6713. DOI: 10.1039/C4CC09876E

Fuente: UCO
Derechos: Creative Commons