MOF–based on molybdenium-cobalt as a catalyst for oxidative desulfurization of fuel oil
Un catalizzatore MOF di molibdeno-cobalto sintetizzato idrotermalmente ottiene efficacemente la desolforazione ossidativa al 100% del dibenzotiofene in olio combustibile modello entro 30 minuti a temperatura ambiente e dimostra un'elevata riciclabilità su sei cicli.
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Il combustibile per olio, il liquido scuro che alimenta navi, camion e generatori, porta con sé un peso nascosto: lo zolfo. Quando questo combustibile brucia, lo zolfo si trasforma in gas che danneggiano i macchinari, nocive per i polmoni umani e inquinano l'aria. Per decenni, le raffinerie hanno utilizzato un metodo chiamato idrodesolforazione per pulire questo combustibile, ma tale processo richiede calore estremo, pressione schiacciante e vaste quantità di idrogeno. Funziona bene per i composti di zolfo semplici, ma fatica con le molecole ostinate e complesse che si nascondono in profondità nella struttura del combustibile. Per questo motivo, gli scienziati hanno cercato un modo più delicato ed efficace per rimuovere questi difficili contaminanti dello zolfo senza l'elevato costo industriale. Una via promettente è la desolforazione ossidativa, una tecnica che utilizza una reazione chimica per trasformare lo zolfo in una forma che possa essere facilmente lavata via, idealmente in condizioni miti.
In uno studio recente, i ricercatori Kaveh Parvanak Boroujeni, Mohammad Ali Nasseri e Morteza Poorbasirat hanno sviluppato un nuovo strumento per rendere questo processo di pulizia più veloce ed efficiente. Hanno creato un catalizzatore solido fatto da un framework metallo-organico, un tipo di materiale costruito come un'impalcatura microscopica dove gli atomi metallici sono tenuti insieme da legami organici. Nello specifico, hanno combinato metalli di molibdeno e cobalto con un semplice acido organico per formare questa struttura porosa. Il team ha sintetizzato il materiale riscaldando una miscela di triossido di molibdeno, nitrato di cobalto e acido tereftalico in un contenitore sigillato, un processo che ha permesso agli atomi di disponersi in un solido stabile simile a una spugna. Hanno poi messo alla prova questo nuovo catalizzatore utilizzando un combustibile modello contenente dibenzotiofene, un composto di zolfo tenace spesso presente nel petrolio reale.
L'esperimento è stato semplice ma rivelatore. I ricercatori hanno mescolato il combustibile modello con una piccola quantità di perossido di idrogeno, un comune agente ossidante, e hanno aggiunto il loro nuovo catalizzatore. Per aiutare a estrarre lo zolfo dal combustibile, hanno utilizzato un solvente liquido chiamato acetonitrile. La miscela è stata agitata a temperatura ambiente, il che significa che non è stato richiesto alcun riscaldamento esterno. I risultati sono stati sorprendenti. Entro trenta minuti, il catalizzatore aveva convertito il cento per cento del composto di zolfo in un sulfone, una forma che può essere facilmente separata dal combustibile. Ciò è avvenuto senza le alte temperature o le pressioni solitamente necessarie per tali reazioni. Il team ha anche scoperto che il catalizzatore era incredibilmente efficiente con i suoi ingredienti; ha ottenuto questa pulizia completa utilizzando un rapporto tra ossidante e zolfo molto più basso di quanto richiedano tipicamente altri sistemi simili. Ciò suggerisce che gli atomi di molibdeno e cobalto all'interno dell'impalcatura lavorino insieme in modo da massimizzare il loro potere, agendo come uno spazio confinato dove la reazione avviene con un'intensa concentrazione.
Per garantire che non si trattasse di un successo isolato, i ricercatori hanno testato la durabilità del loro materiale. Dopo ogni ciclo, hanno filtrato il catalizzatore solido, lo hanno lavato accuratamente e lo hanno riutilizzato. Hanno ripetuto questo ciclo sei volte e il catalizzatore ha mantenuto la sua piena efficacia, mostrando quasi nessuna perdita di prestazioni. Ciò indica che il materiale è abbastanza robusto da essere riutilizzato molte volte, una caratteristica cruciale per qualsiasi applicazione industriale pratica. Il team ha anche confrontato il loro nuovo catalizzatore a metalli misti con versioni realizzate con solo molibdeno o solo l'ossido metallico grezzo. La versione mista con entrambi i metalli ha performato significativamente meglio, confermando che la combinazione di molibdeno e cobalto crea un effetto superiore che nessuno dei due metalli potrebbe raggiungere da solo.
Lo studio conclude che questo specifico framework di molibdeno-cobalto è una soluzione altamente efficace, riutilizzabile e delicata per la pulizia del combustibile. Operando a temperatura ambiente e richiedendo quantità minime di prodotti chimici, offre un potenziale' alternativa ai metodi energivori attualmente in uso. I ricercatori hanno dimostrato che, progettando attentamente la struttura del catalizzatore, potevano creare un sistema capace di rimuovere lo zolfo ostinato in modo rapido e completo, aprendo la strada a combustibili più puliti con un'impronta ambientale minore.
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