Identificación de la secuencia de reacción del mecanismo de iniciación MTO utilizando cinética basada en Ab Initio

Área de la Ciencia:

• Ingeniería Química
• Ciencias de la catálisis
• Química computacional

Sus antecedentes:

• El proceso de metanol a olefinas (MTO) es crucial para convertir el metanol en olefinas ligeras.
• Comprender el mecanismo de iniciación de MTO en zeolitas como H-SSZ-13 es esencial para la optimización del proceso.
• Los modelos existentes a menudo simplifican la compleja red de reacción y los efectos autocatalíticos.

Objetivo del estudio:

• Investigar el mecanismo de iniciación del proceso MTO en H-SSZ-13 utilizando un enfoque de modelado a múltiples escalas.
• Elucidar las vías de reacción dominantes y el papel de la autocatálisis a escala atómica.
• Proporcionar un marco para la interpretación de los resultados experimentales del MTO.

Principales métodos:

• Modelado multiscala que combina los cálculos ab initio (MP2: DFT) con un modelo de reactor por lotes.
• Se incluyen más de 100 constantes de velocidad calculadas para H-SSZ-13.
• Red de reacción detallada que abarca la iniciación (42 pasos) y el ciclo de olefinas autocatalíticas (63 pasos).

Principales resultados:

• Se ha identificado la deshidrogenación del metanol en CO, seguida de la metilación del CO, como la vía de iniciación dominante.
• Formación de acetato de metilo como producto del enlace C-C inicial, a pesar de las altas barreras energéticas.
• Se demostró que la autocatálisis por olefinas se vuelve significativa mucho antes de lo que se suponía anteriormente.

Conclusiones:

• Es necesario un modelo integral a escala múltiple para comprender el inicio de la MTO a nivel atómico.
• La autocatálisis es un factor crítico en el proceso de MTO, que influye en la iniciación incluso a bajas concentraciones de olefinas.
• Los hallazgos ofrecen nuevos conocimientos sobre la cinética de la reacción MTO y guían el diseño experimental.