Este trabajo aborda el análisis cinético de la deshidrogenación oxidativa de etano (DHO- C2) siguiendo dos enfoques microscópicos. El primer enfoque se desarrolló a partir del planteamiento de un mecanismo de reacción o hipótesis mecanística congruente con las observaciones experimentales y teóricas encontradas en la literatura, las cuales señalan la existencia de especies de oxígeno de carácter nucleofílico y electrofílico, las cuales se distribuyen dependiendo de la composición de la superficie catalítica. A través de este enfoque se formuló un modelo cinético para los catalizadores de SnO2-NiO y MoVTeNbO. El segundo enfoque trata con la hipótesis mecanística planteada a partir de los estados de transición factibles encontrados en una investigación independiente del catalizador de MoVTeNbO y, de los cuales, también se obtiene la aproximación inicial de los parámetros cinéticos. En ambos enfoques se utilizó la ley de acción de masas y la teoría del campo medio para el planteamiento de las ecuaciones de velocidad contenidas en los modelos cinéticos propuestos. Así mismo, las constantes de velocidad fueron expresadas en la forma de la ecuación de Arrhenius, y las constantes de equilibrio en la forma de la ecuación de Van’t Hoff. El análisis cinético siguiendo el primer enfoque, se realizó para el catalizador de SnO2-NiO, en donde la aproximación inicial de las energías de activación de cada paso elemental se obtuvo usando el modelo de Índice Unitario de Enlace - Potencial Exponencial Cuadrático (UBI-QEP, por sus siglas en inglés). Por otro lado, los factores pre-exponenciales fueron obtenidos a través de la correlación de las entalpías de formación del adsorbato con las funciones de partición usando una aproximación semi-empírica de la Teoría del Estado de Transición (TST, por sus siglas en inglés). Las energías de activación fueron corregidas por análisis de regresión usando datos experimentales y considerando la Ley de Hess para imponer consistencia termodinámica en el conjunto de parámetros, i.e. energías de activación y factores pre- exponenciales. En general, los resultados mostraron que el modelo describe adecuadamente los datos experimentales y que los parámetros resultantes son estadísticamente significativos. Mientras que la consistencia termodinámica y fenomenológica del conjunto de parámetros se realizó a través del cumplimiento del ciclo de Hess y de los criterios de Boudart. Los resultados sugieren que la primera abstracción de hidrógeno del etano, el rompimiento del doble enlace del etileno, así como la desorción de agua de la superficie son los pasos con mayor demanda de energía en el mecanismo de reacción. Mientras que se observó, a través de simulaciones en régimen de control cinético, que flujos molares de entrada con relaciones de O2/C2H6 menores a 1 son, en general, convenientes para incrementar la selectividad a etileno. Así mismo, el análisis cinético para el catalizador de SnO2-NiO mostró describir adecua- damente los datos experimentales, en términos estadísticos y fenomenológicos. Lo anterior fue atribuido a la base fenomenológica con la que se definió la hipótesis mecanística, y al mismo tiempo, sugiere que esta pueda ser extendida para describir el comportamiento cinético del catalizador de MoVTeNbO. Lo anterior sugirió que la cinética de reacciones de oxidación y deshidrogenación oxidativa en ambos catalizadores se rigen bajo la misma el mismo mecanismo de reacción, esto es que, la hipótesis mecanística es extensible para este tipo de catalizadores. A partir de lo anterior, se pudo explicar la diferencia en selectividad hacia etileno para ambos catalizadores en términos de las energías de activación de los pasos que controlan cada ruta de reacción. En particular, la energía de activación para el rompi- miento del doble enlace del etileno es mayor en el catalizador de MoVTeNbO comparada con la de SnO2-NiO, lo cual fue considerado como un factor determinante en explicar la mayor selectividad a etileno, observada en los catalizadores de MoVTeNbO. El segundo enfoque se desarrolló partiendo de una concepción alternativa del sitio activo consistente con la hipótesis mecanística resultante de un análisis a través de la Teoría del Funcional de Densidad (DFT, por sus siglas en inglés). La concepción de sitio activo consistió en el conjunto de átomos metálicos oxidados, la cual fue usada para describir los pasos de deshidrogenación de etano hasta la formación de etileno. La oxidación de etileno se describió arbitrariamente siguiendo un esquema con pasos agrupados. Los parámetros obtenidos por DFT para los pasos de deshidrogenación fueron usados como primera aproximación durante el análisis de regresión. Los resultados sugirieron que, en general el modelo cinético, con la concepción alternativa del sitio activo, describe adecuadamente los datos experimentales de acuerdo con las pruebas estadísticas, y que, fundamentalmente, el conjunto de parámetros resultante no tiene variaciones superiores al 20 % con respecto a los valores iniciales obtenidos por DFT, lo cual sugiere que la conceptualización del sitio activo es un factor importante para definir un conjunto de parámetros cinéticos consistentes con los cálculos ab initio. Así mismo, se observó que el conjunto final de parámetros es consistente con la termodinámica clásica a través del ciclo de Hess. Si bien, la consistencia con los cálculos ab initio y con la termodinámica clásica es descrita únicamente para la ruta de deshidrogenación oxidativa de etano, actualmente el grupo de investigación se encuentra analizando los pasos elementales para describir la oxidación completa de etileno, así como el mecanismo completo para un modelo de superficie para el catalizador de SnO2-NiO.
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