Catalizadores basados en óxidos mixtos de Fe-Mn para la combustión de n-hexano

Abstract

La eliminación total de COV’s (compuestos orgánicos volátiles) altamente tóxicos sin formación de contaminantes secundarios requiere de tecnologías altamente eficientes que garanticen su remoción a la menor temperatura posible con el subsiguiente ahorro energético. La combustión catalítica es una alternativa eficiente para el tratamiento de estos contaminantes frente a la incineración térmica pues opera a temperaturas por debajo de 400 ºC, evitando la formación de NOx. Este trabajo ha perseguido el desarrollo de catalizadores activos, térmicamente estables, selectivos a CO2 y de bajo coste para la combustión de n-hexano en concentraciones habituales en emisiones gaseosas de la industria. Con este objeto, en este trabajo se han preparado catalizadores másicos basados en óxidos metálicos mixtos de Fe/Mn de composición equimolar, 1/2 y 2/1 y catalizadores equimolares soportados sobre arcillas pilaradas con Al (Al.PILC) para la combustión de n-hexano en fase gas. El método de preparación utilizado con todas las muestras metálicas másicas fue el de coprecipitación usando 2 variantes, método 1 (estándar) y método 2 (Kolk) que se diferencian básicamente en la temperatura de precipitación, 25 ºC en el primero y 70 ºC en el segundo. Las muestras soportadas se han preparado usando 2 técnicas de impregnación: método A y método B que se distinguen en la forma de la introducción de la fase activa sobre la arcilla. En el método A se soporta la fase activa sobre la arcilla sin calcinar mientras que en el método B se soporta sobre la arcilla previamente calcinada. Para determinar las propiedades estructurales, superficiales y químicas de las muestras y su relación con la actividad y estabilidad térmica de los catalizadores en la combustión de n-hexano, se han caracterizado las muestras mediante las técnicas de difracción de rayos X (XRD), adsorción-desorción de N2 (superficie BET), termogravimetría (TGA), reducción a temperatura programada (TPR), espectroscopía infrarroja con transformadas de Fourier (FTIR) y espectroscopía de plasma inducido (ICP). Todos los catalizadores másicos de Fe-Mn de composición equimolar, 1:2 y 2:1 que fueron calcinados a las temperaturas de 350, 450 y 550 ºC, preparados por el método 1 (estándar) y método 2 (Kolk) y con un pretratamiento a 170 ºC por 5 h, realizaron la combustión completa de n-hexano a temperaturas menores de 350 ºC. El método de preparación 2 (Kolk) condujo a mejores actividades que su contraparte método 1 (estándar) debido a la mejor formación fásica de la fase mixta y mejores superficies. En todos los casos, con excepción de la temperatura de 550 ºC, el pretratamiento contribuyó a mejorar la actividad de los catalizadores debido posiblemente, según los análisis realizados, a la activación superficial (mayor superficie BET) a la eliminación de las fases nitrato (TGA) y mejor reducibilidad de los catalizadores (TPR). La presencia de la fase bimetálica del Fe-Mn en la composición adecuada aseguró una buena sinergia química y una buena formación de las fases activas mixtas de Fe-Mn analizadas por XRD. Los catalizadores másicos (simples y mixtos) han presentado alta selectividad a productos de combustión total (CO2), en algunos casos con pequeña presencia de subproductos de combustión parcial (<3%). Los catalizadores soportados sobre Al-PILC mejoraron la estabilidad térmica del sistema mixto frente a las muestras másicas debido posiblemente a la a la influencia favorable de la posición de la fase mixta de Fe-Mn en la estructura laminar de la arcilla pilarada con Al.