Efecto de la adición de Ce³⁺ o La³⁺ a la Boehmita en catalizadores de Pd/γ-Al₂O₃-Ce y Pt/γ-Al₂O₃-La en la combustión de benceno y tolueno - Padilla Flores, Juan Manuel (Universidad Autónoma Metropolitana, 2009)
En el presente trabajo se llevó acabo la síntesis de los catalizadores Pd/γ-Al2O3-Ce (0, 1, 5 y 10% en peso de cationes de cerio), Pt/γ-Al2O3-Ce (0, 1, y 10% en peso de cationes de cerio) y Pt/γ-Al2O3-La (0.5, 1, 10 y 20% en peso de lantano) para ser usados en combustión de benceno (2600 ppm.) y tolueno (1400 ppm.) a baja temperatura. La γ-Al2O3 fue impregnada desde la fase Boehmita con iones de Ce3+o de La3+ provenientes de una sal de nitrato con el objetivo de aumentar las interacciones entre las diferentes especies en el catalizador y de esta manera mejorar la estabilidad térmica, la actividad catalítica en la combustión de benceno y tolueno a baja temperatura (100 ºC) e inhibir la formación de especies carbonaceas. Los catalizadores fueron caracterizados por: adsorción de N2 para la obtención del área específica por método BET, difracción de rayos-X, Resonancia magnética nuclear (RMN), Espectrofotometría Ultravioleta-visible, Infrarrojo FT-IR de la Adsorción de piridina y de CO, análisis a temperatura programada TPR, TPO, y Espectroscopia fotoelectrónica de rayos-X (XPS) Las pruebas catalíticas de la combustión de benceno y tolueno se llevaron a cabo en los intervalos de temperatura de 100-300 ºC y 100-400 ºC respectivamente. A los catalizadores se les realizó dos pruebas catalíticas y una de estabilidad. La prueba de estabilidad se realizo a 250 ºC para el benceno y 310 ºC para el tolueno, todos los catalizadores trabajaron a un flujo de tolueno o benceno/aire de 100 mL/min en un sistema a presión atmosférica. El análisis de difracción de rayos-X muestra la ausencia de la señal correspondiente a la fase cristalina de la especie CeO2 en el difractograma del soporte con 1 % en peso de cerio, esto puede ser debido a una alta dispersión de la especie CeO2 o a la ausencia de esta. El estudio de XPS nos muestra que el soporte con 1% de cerio solo presenta la especie Ce2O3, mientras que en los soportes con 5, 10 y 20 % de cerio se hace presente la señal de difracción correspondiente a la fase cristalina correspondiente al CeO2 y los espectros de XPS presenta el pico característico en 915 eV a la especie CeO2. El análisis FT-IR de piridina adsorbida nos indica una disminución en el número de sitios ácidos en la γ-Al2O3 cuando se incrementa el porcentaje de cerio o de lantano siendo más grande la disminución con éste último. Con respecto al área especifica solo se nota un cambio significativo en los soportes con 20 % de cerio o lantano; esto puede ser debido a que el % en peso de Ce o La contribuye con un área menor a la que proporciona el mismo peso de γ-Al2O3, esto se debe a que los óxidos de cerio y lantano son mas cristalinos que la γ-Al2O3. En el caso del estudio de RMN de Al27 se observa una tendencia en el incremento de los aluminios en sitio tetraédricos con respecto a los aluminios en sitios octaédricos lo cual podría deberse a que los aluminios de la superficie que interacciona con las especies de cerio y lantano logran completar su coordinación. Los perfiles de reducción de los catalizadores de Pd muestran un pico a los 79 ºC correspondiente a la oxidación del PdO los picos en 136 y 200 ºC pueden ser el resultado de las especies oxidadas de PdOx y CeO2 que se encuentran interaccionando de tal forma que aumenta la estabilidad del oxido de PdOx y facilita la reducción del oxido de cerio CeO2 en el caso de los catalizadores de Pt promovido con lantano se observa que un incremento en el contenido de lantano estabiliza a las especies PtO ya que la señal en el perfil de reducción se presenta a mayor temperatura conforme se incrementa el contenido de lantano lo que sugiere que la interacción de especies de platino con especies de lantano da estabilidad a las primeras. Los espectros de UV-Vis de los catalizadores de Pd nos muestran una aproximación del entorno químico del Paladio el cual es de gran importancia en conjunto con los XPS ya que un entorno más o menos electronegativo le dará a las especies de paladio un comportamiento catalítico diferente en la combustión de benceno o tolueno. Los resultados de la primer prueba de la actividad catalítica durante la combustión de benceno y tolueno, mostraron que los catalizadores con bajos contenidos de cationes de cerio (0, 1 % en peso) o de cationes de lantano (0,0.5,1 % en peso) presentan una mejor actividad que los catalizadores con alto contenido de cerio (5,10 % en peso) o de lantano(5,10,20 % en peso). Este comportamiento cambia conforme trascurre el tiempo de reacción. En la segunda prueba catalítica, luego de 20 h de reacción, se tiene un incremento en la actividad de los catalizadores con mayor contenido de cerio o de lantano igual, e incluso en algunos casos supera la actividad de los catalizadores con bajo contenido. La prueba de estabilidad mostró que después de 30 h de reacción, los catalizadores con mayor contenido de cerio o de lantano, presentan mejor estabilidad catalítica que los catalizadores con bajos contenidos de cerio o lantano. Los perfiles de oxidación TPO mostraron un menor contenido de carbono superficial en los catalizadores con mayor contenido de cerio. Este resultado junto con la actividad catalítica nos permite concluir que los catalizadores con mayor contenido de cerio, presentan una mejor actividad durante la combustión de benceno y tolueno. Esto es explicado por una fuerte interacción entre los diferentes pares redox (Ce3+ /Ce4+ y Pdº/Pd2+) y la γ-Al2O3, lo que permite tener una superficie más oxidante que evita la formación de especies carbonaceas que inhiben la actividad catalítica. Los catalizadores con cationes de lantano, presentan un comportamiento gaussiano en la estabilidad a contenidos mayores del 10 % de La, esto es interpretado por un bloqueo de los sitios ácidos del catalizador (propiedad importante en un catalizador para una buena combustión). Un contenido del 10 % en peso de lantano, es el mas adecuado ya que no se bloquean totalmente los sitios ácidos del catalizador además aseguramos un mayor número de interacciones entre las especies Ptº, PtOx,-Al2O3 y La2O3 donde esta última proporciona estabilidad evitando la sinterización del catalizador