La carbonylation de l’éther diméthylique (DME) en acétate de méthyle (MA) est l’une des étapes cruciales d’une voie de synthèse indirecte d’éthanol à partir de gaz de synthèse. La zéolite SSZ-13, avec une topologie typique de CHA, caractérisée par ses canaux cycliques à 8 chaînons (8-MR), a montré un potentiel pour catalyser la carbonylation du DME. Cependant, les études actuelles manquent d’une compréhension complète du mécanisme catalytique. Parallèlement, l’influence du confinement spatial dans SSZ-13 sur la réaction n’a pas non plus été prise en compte.
Récemment, une équipe de recherche dirigée par le professeur Shouying Huang de l’université de Tianjin, en Chine, a préparé une gamme d’échantillons SSZ-13 avec différentes charges métalliques par simple échange d’ions pour combler cette lacune. Le blindage sélectif du BAS dans différents canaux de SSZ-13 est obtenu en chargeant différentes tailles de métaux Na+ et Cs+.
Les résultats ont été publié dans le Journal chinois de catalyse.
La caractérisation de l’acidité et les calculs de la théorie fonctionnelle de la densité (DFT) confirment qu’à faible charge, Na+ se dépose préférentiellement dans le 6-MR de SSZ-13 et y remplace le BAS, tandis que Cs+ ne peut interagir avec le BAS que dans le 8-MR en raison de son grand rayon ionique. En combinant les données d’activité et les énergies de dissociation des réactifs sur le BAS dans différents canaux, il a été indiqué que les réactions principales et secondaires de la carbonylation du DME se produisent sur le BAS 8-MR de SSZ-13.
Pour mettre en évidence le rôle du confinement spatial dans la réaction, ce travail a comparé la structure des pores d’échantillons chargés de métaux de différentes tailles, les analyses TG/DTG et GC-MS d’échantillons usés et la stabilité d’adsorption des intermédiaires clés dans les réactions secondaires, prouvant que l’espace de la cage SSZ-13 est un facteur clé pour affecter la sélectivité de la MA. Grâce au chargement de métal pour rétrécir l’espace du 8-MR, la formation d’intermédiaires de réaction secondaire peut être efficacement inhibée, ce qui entraîne une amélioration de la sélectivité de la réaction principale.
Plus d’informations :
Xiaomin Zhang et al, Aperçus mécanistiques et rôle du confinement spatial dans la carbonylation catalytique de l’éther diméthylique sur la zéolite SSZ-13, Journal chinois de catalyse (2024). DOI : 10.1016/S1872-2067(24)60040-9