Análisis DFT de zeolita MFI sustituida con magnesio para la activación de metano.

Abstract

Las reservas de gas metano (CH4) han venido creciendo exponencialmente en los Estados Unidos debido al descubrimiento de nuevos yacimientos de gas de esquisto. En la actualidad el CH4 es quemado para producir gas de síntesis, pero se están buscando nuevas alternativas para su uso. En este trabajo se analiza la viabilidad de la síntesis del catalizador Mg-MFI para la conversión del CH4. Se realizó un análisis DFT para cuantificar el efecto de la distribución de los átomos de aluminio (Al) en el anillo α de la zeolita MFI intercambiada con magnesio (Mg). Nuestros resultados indican que la sustitución mas estable de Al en Mg-MFI se logra en los sitios cristalográficos T11-T2 de la zeolita. Además, las energías de adsorción de CH4 en Mg-MFI alcanzaron valores de hasta -111 kJ/mol, siendo las energías de adsorción mas fuertes reportadas hasta el momento para una zeolita. Posterior a la adsorción, ocurre la activación del CH4 que lleva a la formación de un sitio acido de Brønsted en el anillo α y la formación de un enlace entre el metil (CH3) y el Mg. Nuestros resultados muestran que la activación de CH4 requiere de energías de reacción altas que están en el rango entre 154 a 266 kJ/mol, sugiriendo que Mg-MFI no seria un buen catalizador para reacciones que requieran la activación de CH4.