Preparación de catalizadores de óxido mixtos de Ce-Mn soportados sobre y-alúmina para la combustión de n-hexano

Abstract

En el presente trabajo de tesis se prepararon catalizadores basados en óxidos mixtos de Ce y Mn como fases activas soportados sobre γ-alúmina para la combustión de n-hexano, preparados por 3 diferentes métodos. El método 1 (suspensión – coprecipitación) empleando hidróxido de amonio como agente precipitante hasta alcanzar un pH=9, el método 2 (suspensión – coprecipitación redox) y el método 3 (suspensión – coprecipitación redox modificado) que utiliza NaOH y CaCO3 como agentes precipitantes respectivamente, hasta obtener un pH=10.4. Como característica general de todas las muestras, la temperatura de calcinación fue de 500°C con una gradiente de calentamiento de 5°C/min pero con diferentes tiempos, para las muestras del método 1, 3 horas y para las muestras preparadas por los métodos 2 y 3, 6 horas. La temperatura de calcinación aplicada se determinó previamente mediante la técnica TGA aplicada a los catalizadores. Las características estructurales de los óxidos mixtos soportados sobre γ-alúmina se determinaron mediante la técnica XRD. Para las muestras preparadas por los métodos 2 y 3, los picos característicos dominantes fueron los de la cerianita y no se detectaron las fases correspondientes al óxido de manganeso. Esto puede ser debido a la formación de una solución solida con estructura fluorita. Las muestras de MnOx puras soportadas presentaron picos correspondientes a una composición multifásica, tales como: Mn5O8 y bixbita-C (Mn2O3) y la fase hausmannita (Mn3O4). Mediante la técnica de sorción de N2 se determinó la superficie específica BET y la distribución de tamaño de poro. Todas las isotermas de adsorción de los catalizadores fueron del tipo IV correspondientes a materiales micro-mesoporosos. Los perfiles de histéresis de las muestras soportadas preparadas por los métodos 1 y 2 presentaron el tipo H1, atribuido a la presencia de poros cilíndricos, mientras que las preparadas por el método 3 presentaron el tipo H3 con formación de poros laminares (“slit-shape pores”). Los catalizadores con mayores contenidos de Ce presentaron mayores áreas superficiales. Los perfiles de los termogramas TPR de las muestras Ce0.5Mn0.5O2 40%/γ-Al2O3, preparados con diferentes métodos, confirmaron la presencia de una fase mixta, que se comprobó por la ausencia de fases segregadas y un desplazamiento sostenido de los picos de reducción respecto a los correspondientes a los óxidos simples soportados. Resultados similares se obtuvieron con los catalizadores con otras cargas. Los ensayos catalíticos se realizaron en un micro-reactor de lecho fijo, que opera a presión atmosférica, para una concentración inicial de 2000 ppm de n-hexano y una velocidad espacial másica (WHSV) de 80 h-1. En todos los casos, para una conversión total se obtuvo sólo CO2 y H2O y no se observó productos de combustión parcial. En general, los óxidos mixtos de Ce-Mn resultaron más activos que los óxidos simples. Según las curvas de ignición de las muestras Ce0.5Mn0.5O2 40% /γ-Al2O3 preparadas por los diferentes métodos comparados con las correspondientes a la de los óxidos de Ce y Mn puros con 40% de carga sobre el soporte, se obtuvo el siguiente orden de actividad, definida por las temperaturas de conversión (T50): método 3 (215.38°C) > metodo2 (238.1°C) > método 1 (276.7°C) > MnOx (281.4°C) > CeO2 (335.8°C), es decir, el método 3 condujo a mejores actividades. Finalmente, para las muestras preparadas por el método 3, la muestra con la proporción molar Ce:Mn 1:2 fue la más activa, con temperaturas de T50 y T95, de 202.5°C y 281°C, respectivamente. La mejor actividad obtenida por las muestras puede ser atribuida principalmente a la alta área superficial, al excelente comportamiento redox y a la interacción entre las fases activas y el soporte.