Preparación de catalizadores basados en vanadillos de Fe, másicos y soportados sobre y - Al2O3 para la deshidrogenación oxidativa del etano a etileno

Abstract

En este trabajo se investiga un grupo de catalizadores basados en vanadilos de fosfato 𝑉𝑂𝑃𝑂4 (VOP) para la deshidrogenación oxidativa de etano a etileno. Los catalizadores de hierro vanadil fosfato fueron obtenidos producto de la sustitución de grupos 𝑉𝑂3+ con iones 𝐹𝑒3+ y tienen la fórmula [𝐹𝑒]𝑥𝑉𝑂1−𝑥𝑃𝑂4 donde 𝑥 = 0.14 (FeVOP (1)) y 𝑥 = 0.21 (FeVOP (2)) determinada por espectroscopía de energía dispersiva de rayos X (EDS), además se investigó el comportamiento catalítico de catalizadores soportados sobre 𝛾 − 𝐴𝑙2𝑂3. Inicialmente, los catalizadores másicos VOP, y la serie de FeVOP fueron sintetizados por el método de propuesto por Ladwig; el catalizador másico FeVOP(1) fue soportado en distintas proporciones sobre 𝛾 − 𝐴𝑙2𝑂3. Luego estos catalizadores fueron calcinados en una mufla con rampa de calentamiento de 2°C por minuto hasta una temperatura de 550 °C. Los catalizadores preparados, el soporte 𝛾 − 𝐴𝑙2𝑂3 y los compuestos de partida 𝑉2𝑂5 y 𝐹𝑒2𝑂3 fueron caracterizados por sorción de 𝑁2 (Método BET), desorción a temperatura programada de 𝑁𝐻3 (𝑇𝑃𝐷 − 𝑁𝐻3), reducción a temperatura programada con 𝐻2 (𝑇𝑃𝑅 − 𝐻2), difracción de rayos X (XRD), espectroscopía laser Raman (LRS) y Microscopía Electrónica de Barrido (SEM). A partir de los resultados de XRD, el 𝑉2𝑂5 presentó la fase ortorrómbica shcherbinaite; los catalizadores másicos VOP, FeVOP(1) y FeVOP(2) presentaron fases cristalinas con una morfología en forma de láminas aglomeradas cuyos tamaños de cristalita disminuyen con contenido de Fe. Por el contrario, los XRD de los catalizadores soportados muestran difractogramas de solidos no cristalinos correspondientes al soporte 𝛾 − 𝐴𝑙2𝑂3. Los catalizadores observados por micrografías SEM mostraron aglomeraciones no uniformes. La evaluación catalítica se realizó en un reactor de lecho fijo donde se estudió la conversión de etano a etileno en un rango de temperatura entre 350 y 550°C, con una relación de W/F de 0.60 ; se obtuvo la selectividad en función de la conversión variando la relación W/F entre 0.24 hasta 1.0 a 500°C; los resultados mostraron que los catalizadores másicos generaron conversiones siendo la conversión el porcentaje de etano consumido), pero los catalizadores soportados mejoraron los rendimientos en conversión y selectividad a etileno (hasta 47 % de conversión y 32 % de selectividad a etileno). El catalizador 10% 𝐹𝑒𝑉𝑂𝑃(1)/90%𝐴𝑙2𝑂3 (FeVOP-Al (1:10)) presentó mejores resultados en conversión y selectividad a etileno a 500 °C y un W/F de 0.60 𝑔. 𝑠/𝑚𝐿 (conversión de 46.82 %, selectividad: a etileno de 27.32 %) y sus propiedades catalíticas fueron atribuidas a la gran dispersión de la fase activa en el soporte, su elevada superficie específica (140m2/g) y a la formación de los sitios ácidos activos intermedios (presentes en el rango de 250 a 400 °C) promovidos por la interacción catalizador- soporte.