Os conhecimentos atómicos podem aumentar a eficiência do fabrico de produtos químicos
Os investigadores desenvolvem algoritmos que revelam como o propano se transforma em propileno para os produtos do dia a dia
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Inúmeros produtos do quotidiano, desde garrafas de plástico espremidas a mobiliário de exterior, são derivados da transformação do propano em propileno. Um estudo de 2021 na Science demonstrou que os químicos poderiam usar catalisadores em nanoescala em tandem para integrar várias etapas do processo em uma única reação - uma maneira de as empresas aumentarem o rendimento e economizarem dinheiro. Mas não estava claro o que estava acontecendo no nível atômico, tornando difícil aplicar a técnica a outros processos industriais importantes.
O Professor Assistente Siddharth Deshpande e a aluna de doutoramento Snehitha Srirangam utilizam visualizações de dados para revelar o que acontece a nível atómico quando os catalisadores convertem o gás de xisto em polipropileno. Os novos algoritmos que desenvolveram poderão conduzir a formas mais eficientes de criar produtos do quotidiano.
University of Rochester photo / J. Adam Fenster
Os investigadores da Universidade de Rochester desenvolveram algoritmos que mostram as principais caraterísticas atómicas que determinam a química complexa quando os catalisadores à nanoescala transformam propano em propileno. Num estudo publicado no Journal of the American Chemical Society, discutem estas reacções intrincadas que são complicadas por materiais em múltiplos estados.
"Há tantas possibilidades diferentes do que está a acontecer nos sítios catalíticos activos, que precisamos de uma abordagem algorítmica para, de forma muito fácil mas lógica, analisar a grande quantidade de possibilidades existentes e concentrarmo-nos nas mais importantes", afirma Siddharth Deshpande, professor assistente no Departamento de Engenharia Química e de Sustentabilidade. "Aperfeiçoámos os nossos algoritmos e utilizámo-los para fazer uma análise muito pormenorizada da fase metálica e da fase de óxido que conduzem esta reação muito complexa."
Desphande e a sua aluna de doutoramento em engenharia química Snehitha Srirangam encontraram várias surpresas na sua análise. O óxido na reação química preferiu crescer em torno de sítios metálicos defeituosos de forma muito selectiva, o que se revelou crítico para a estabilidade do catalisador. E, embora o óxido possa existir em diferentes composições químicas, nunca deixou realmente a sua função de estar em torno dos sítios metálicos defeituosos.
Segundo Deshpande, os investigadores podem aproveitar este conhecimento e as abordagens algorítmicas da equipa para compreender a estrutura atómica de outras reacções químicas, como a síntese de metanol utilizada em produtos que vão desde as tintas às células de combustível. Eventualmente, acredita que isto poderá ajudar as empresas a procurar estrategicamente formas mais eficientes de produzir propileno e outros materiais industriais e a depender menos dos métodos de tentativa e erro que têm utilizado durante décadas.
"A nossa abordagem é muito geral e pode abrir as portas à compreensão de muitos destes processos que permaneceram um enigma durante décadas", afirma Deshpande. "Sabemos que estes processos funcionam e produzimos toneladas destes produtos químicos, mas temos muito a aprender sobre a razão exacta do seu funcionamento."
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