Síntesis y catalizadores basados en óxidos de niquel dopado con titanio para la producción de etileno a partir de la deshidrogenación oxidativa (ODH) del etano

Abstract

Se prepararon catalizadores a base de óxidos de níquel dopados con titanio de tipo Ni1-αTiαO con α de 0.01 a 0.05, por el método de evaporación controlada a 550 °C para la deshidrogenación oxidativa (ODH) de etano a etileno. La introducción de pequeñas cantidades de Ti en la celda cristalina del NiO tuvo efectos notables sobre las propiedades de óxido simple de níquel, aumentando la superficie BET. Además, se observó una disminución del tamaño del cristal tras el análisis XRD, una generación de nuevos sitios ácidos, evaluados por TPD-NH3, una redistribución de especies reducibles a temperaturas más bajas y más altas estudiadas a partir del perfil TPR-H2 y una disminución de los oxígenos no estequiométricos con la composición creciente de titanio detectada por TPD-O2. Los ensayos catalíticos de actividad se llevaron a cabo en condiciones de estado estacionario a una constante W/F de 0.48 gs/mL con el fin de evaluar la conversión y se modificó la constante W/F de 0.24 a 0.48 gs/mL, para cuantificar la selectividad al etileno. En todos los catalizadores Ni1-αTiαO, las pruebas catalíticas revelaron un efecto positivo de dopaje de Ti en el rendimiento de las muestras, mejorando los niveles de conversión y de selectividad de etano al etileno, en comparación con el NiO puro. La muestra Ni0.95Ti0.05O logró la mejor selectividad para el etileno (77%) en una conversión moderada de etano del 35%, probablemente debido al aumento de las especies nucleofílicas de oxígeno superficial, responsables de la oxidación selectiva. Palabras clave: ODH de etano, conversión de etano, selectividad de etileno.

Catalysts based on titanium doped nickel oxides Ni1-αTiαO with α from 0.01 to 0.05, were prepared by a controlled evaporation method at 550 °C for selective oxidative dehydrogenation (ODH) of ethane to ethylene. The introduction of small amounts of Ti into the NiO lattice had noticeable effects on the nickel simple oxide properties, increasing the BET surface. In addition, it was observed a sustained depletion of crystallite size following XRD analysis, a generation of new acid sites, evaluated by NH3-TPD, a redistribution of reducible species to lower and higher temperatures studied from H2-TPR profile and a depression of non-stoichiometric oxygen with the increasing composition of titanium detected by O2-TPD. The catalytic tests were carried out under steady state conditions at a constant W/F of 0.48 g.s/mL in order to evaluate the conversion and modifying W/F from 0.24 to 0.48 g.s/mL, to quantify the selectivity to ethylene. In all the Ni1-αTiαO catalysts, the catalytic tests revealed a positive doping effect of Ti in the performance of the samples, improving the ethane conversion and selectivity levels to ethylene, in comparison to the pure NiO. The sample Ni0.95Ti0.05O achieved the best selectivity to ethylene (77%) at a moderated ethane conversion of 35%, probably due to the increasing of the framework nucleophilic oxygen species, responsible of the selective oxidation. Keywords: ODH, ethane, Ti-doped NiO, ethylene selectivity.