Los investigadores han desarrollado un método nuevo, más seguro y más económico para producir acetona utilizando luz y un catalizador fotoactivo de cloruro de hierro, simplificando el proceso y reduciendo la necesidad de pasos de alta temperatura y alta presión. Esta innovación podría revolucionar la producción de acetona mediante el uso de la luz solar y su ampliación para uso industrial, prometiendo una mayor seguridad y sostenibilidad.
La acetona, un insumo clave para la industria química, se fabrica tradicionalmente mediante un procedimiento complejo y riesgoso. Investigadores de Brasil y Alemania han forjado colectivamente un enfoque más ecológico.
La acetona desempeña un papel fundamental en la industria química y sirve como componente fundamental en la creación de diversos productos, incluidos adhesivos, antibióticos, piezas electrónicas, disolventes, removedores de pintura, tintas y vitaminas. Sin embargo, su producción es compleja y peligrosa. Para simplificar el proceso y hacerlo más seguro y económico, investigadores de Brasil y Alemania desarrollaron un método innovador que utiliza únicamente cloruro de hierro (FeCl3) ligero y fotoactivo, un compuesto químico económico.
Un artículo sobre la investigación, financiada por la FAPESP, fue publicado recientemente en la revista Catálisis SCA.
El proceso estándar de fabricación de acetona, conocido como proceso de Hock o cumeno, consta de varias etapas. El propano, un producto del petróleo, se convierte en propileno, un gas altamente inflamable, que reacciona con benceno y luego con oxígeno a altas temperaturas y presiones para dar lugar a acetona. Estas reacciones también producen fenol, un compuesto del que hay menos demanda pero que puede convertirse en sustancias con valor añadido, aunque esto es costoso.
El método alternativo desarrollado por científicos de la Universidad Federal de São Carlos (UFSCar) y de la Universidad Federal de Minas Gerais (UFMG) en Brasil, en colaboración con colegas del Instituto Max Planck de Coloides e Interfaces en Alemania, se basa en propano. oxidación y una reacción fotocatalítica utilizando cloruro de hierro como catalizador homogéneo en presencia de luz.
La estrategia alternativa se basa en la oxidación del propano utilizando cloruro de hierro como catalizador homogéneo en presencia de luz. Crédito: Vítor Gabriel Pastana
“Descubrimos que cuando el cloruro de hierro se irradia a determinadas longitudes de onda, se produce el radical cloro, que es un potente oxidante y rompe el enlace entre el carbono y el hidrógeno. [activates the C-H bond], dando lugar a un radical que, en presencia de oxígeno, conduce a la formación de acetona”, dijo Ivo Freitas Teixeira, profesor del Departamento de Química de la UFSCar y último autor del artículo. “Conseguimos una reacción muy importante de una manera absolutamente diferente y utilizando elementos muy simples”.
La prueba de que la reacción fue realmente impulsada por radicales de cloro producidos por la fotólisis Fe-Cl se obtuvo mediante estudios mecanicistas, incluida la espectrometría de masas, una técnica analítica que identifica los componentes de una mezcla determinando el peso molecular de sus partículas.
Entre las ventajas del proceso está el hecho de que es directo (evitando la producción de propileno en etapas intermedias) y más seguro al no involucra reacciones de oxígeno a altas temperaturas y presiones ni intermediarios inflamables y peligrosos. Además, reduce el consumo y el coste energético porque tiene menos etapas y se produce a temperatura ambiente (25 °C).
Los experimentos utilizaron diodos emisores de luz (LED) como fuente de luz, pero los investigadores planean utilizar la luz solar en el futuro, lo que hará que el método sea aún más sostenible.
Solicitud de patente y próximos pasos
Se presentó una solicitud de patente ante el Instituto Nacional de Propiedad Industrial (INPI), la oficina de patentes de Brasil, y se buscan asociaciones con empresas para ampliar y comercializar el nuevo proceso. “Podría resultar absolutamente disruptivo para la producción de acetona en la industria química, mejorando la seguridad y la sostenibilidad, y allanando el camino hacia la producción directa de acetona, lo que reduciría costos y aumentaría la competitividad”, afirmó Teixeira.
Los principales desafíos, añadió, son la gran escala de los procesos en la industria petroquímica y el hecho de que todavía no existen métodos comerciales de fotocatálisis.
La investigación también continúa desarrollándose en dos direcciones: probar el nuevo método con otras sustancias, como el metano; y buscar formas de ampliar el proceso para aumentar la producción y el rendimiento industrial.
Referencia: “Síntesis directa de acetona mediante oxidación aeróbica de propano promovida por cloruro de hierro (III) fotoactivo en condiciones suaves” por Andrea Rogolino, José BG Filho, Lorena Fritsch, José D. Ardisson, Marcos AR da Silva, Gabriel Ali Atta Diab, Ingrid Fernandes Silva, Carlos Andre Ferreira Moraes, Foro Moacir Rossi, Matthias Bauer, Thomas D. Kühne, Markus Antonietti e Ivo F. Teixeira, 15 de junio de 2023, Catálisis SCA.
DOI: 10.1021/acscatal.3c02092
El estudio fue financiado por la Fundación de Investigación de São Paulo.
2023-10-30 17:38:57
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