Desulfuración de combustibles vía complejo pi

La idea de utilizar sólidos que han comprobado su efectividad como catalizadores en procesos de hidrodesulfuración (HDS), con la expectativa de que tales materiales puedan formar un enlace con el átomo de azufre del tiofeno y así remover selectivamente estás moléculas de los combustibles, ha sido investigada notablemente. 

En estos procesos se han probado, entre otros materiales, las zeolitas intercambiadas con metales de transición. Como por ejemplo, la zeolita Y y la zeolita X, intercambiados sus cationes Na⁺ y NH₄⁺, mediante técnicas variadas de intercambio iónico en fase líquida, sólida y vapor (el intercambio en fase solida, es con el fin de minimizar la hidrólisis de los cationes), por Cu⁺, Ni²⁺ y Zn²⁺. Como sabemos, las zeolitas tienen la capacidad de intercambiar fácilmente cationes de compensación de carga y ésta capacidad está determinada por la densidad de la estructura aniónica de la zeolita. A su vez, la estructura aniónica de la zeolita, depende del grado de sustitución del Al³⁺ por el Si⁴⁺ en la red cristalina del material. Pero, ¿Por qué se intercambian dichos cationes? la propuesta consiste en promover la formación de un enlace pi entre el átomo de azufre y los orbitales d del metal.
El mecanismo de remoción está basado, entonces, en la formación de un complejo pi entre el catión de la zeolita y el azufre. En este mecanismo, el catión forma un enlace sigma con sus orbitales s y adicionalmente, los orbitales d del metal, pueden donar densidad electrónica al orbital pi antienlazante del anillo del azufre (en caso de moléculas como el tiofeno, por ejemplo) generando un complejo pi entre ambas moléculas. Se ha demostrado, mediante cálculos de orbitales moleculares, la existencia de estos complejos.(1)

También, a través de cálculos de orbitales moleculares, se ha podido establecer que la energía de adsorción para la remoción de azufre esta directamente relacionada con la fuerza de la interacción del complejo pi entre las moléculas con azufre y los metales de transición. En el caso de estudio se reportó que la energía de adsorción decrece en el siguiente orden Cu⁺>Ni²⁺>Zn²⁺.(1)

Resulta prometedor el hecho de que tales materiales puedan, a través de estas interacciones, más allá de la fisisorción, formar especies estables que permitan ser usados en la remoción selectiva de compuestos contaminantes. Además de tener la capacidad de diseñar adsorbentes eficaces, alternativos a los comercialmente usados, para la remoción de azufre y cumplir así con las regulaciones ambientales, las cuales son cada día más exigentes.

Trabajo citado

(1) Arturo J. Hernández-Maldonado, Frances H. Yang, Gongshin Qi, Ralph T. Yang. Desulfurization of transportation fuels by p-complexation sorbents: Cu(I)-, Ni(II)-, and Zn(II)-zeolites. 2005, Applied Catalysis B: Environmental , Vol. 56, págs. 111–126.