Oxidación selectiva del metano a ácido acético mediante el uso de oxígeno molecular sobre un catalizador...

Área de la Ciencia:

• Catálisis
• Ciencias de los materiales
• Química ecológica

Sus antecedentes:

• El ácido acético es un químico industrial clave, generalmente producido a través de procesos de varios pasos que involucran la carbonilación del metanol.
• Los métodos actuales se basan en catalizadores de metales preciosos y pasos intensivos en energía, lo que impulsa la necesidad de alternativas más sostenibles.
• El metano, una materia prima abundante y de bajo costo, sigue siendo difícil de convertir directamente en productos químicos valiosos como el ácido acético.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar una conversión catalítica directa de un solo paso del metano en ácido acético.
• Investigar la eficacia de un nuevo catalizador de hidróxilo de cobre de un solo sitio confinado dentro de un marco metálico-orgánico de cerio (MOF).
• Explorar una vía de reacción más suave y ecológica para la síntesis de ácido acético.

Principales métodos:

• Síntesis de un catalizador monohidroxilo de cobre confinado en un marco poroso de cerio metálico-orgánico (Ce-UiO-Cu(OH)).
• Conversión directa de metano en ácido acético utilizando oxígeno molecular como oxidante en condiciones suaves (115 °C en agua).
• Caracterización mediante estudios espectroscópicos y teóricos, junto con experimentos controlados para dilucidar el mecanismo de reacción.

Principales resultados:

• Se obtiene una alta productividad de ácido acético (335 mmol g _cat ^-1) con una selectividad del 96%.
• Demostró un número de facturación de cobre (TON) de hasta 400.
• Se identificó el mecanismo de reacción como carbonilación oxidativa que implica la activación del metano, la carbonilación y la hidrólisis.

Conclusiones:

• El catalizador Ce-UiO-Cu(OH permite una conversión eficiente de metano en ácido acético en condiciones suaves.
• Este enfoque ofrece una alternativa sostenible a los procesos industriales tradicionales de varias etapas.
• Los resultados proporcionan una base para el diseño de catalizadores heterogéneos que utilizan metales abundantes para la valorización del metano.