Desarrollo de nuevos catalizadores para conversión de monóxido de carbono para producción de hidrógeno

Abstract

En este trabajo de Tesis se estudió el comportamiento de distintos sistemas metálicos soportados en la reacción de cambio, reacción en la cual a partir de monóxido de carbono y vapor de agua se obtiene dióxido de carbono e hidrógeno.También, se analizó la influencia del soporte en el mecanismo de reacción mediante espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier de reflectancia difusa. En primera instancia, se evaluaron catalizadores de cobre, platino y paladio soportados en sílice, ceria, zirconia y titania. Los metales fueron más activos cuando se hallaban soportados en óxidos reducibles que cuando lo estaban en óxidos no reducibles. Asimismo, los resultados de actividad catalítica mostraron que el catalizador más activo fue platino soportado en titania. Se determinó que para catalizadores de platino la reacción puede ocurrir vía un mecanismo monofuncional metálico o bifuncional metal-soporte dependiendo de la reducibilidad del soporte. En el sistema platino/sílice la reacción ocurriría a través de un mecanismo redox. En la fase metálica se activarían el agua y el monóxido de carbono. En las formulaciones platino/ceria y platino/zirconia el mecanismo sería asociativo y las especies formiato adsorbidas en la superficie de los soportes serían los intermediarios de reacción. Por otra parte, en platino/titania, el mecanismo sería redox bifuncional donde intervienen tanto el metal como el soporte, donde el primero activa al monóxido de carbono y el segundo al agua. Asimismo, su mayor actividad estaría relacionada a la activación del agua, etapa limitante en el mecanismo monofuncional sobre platino, en vacancias oxígeno del soporte.

In this work, the water gas shift reaction was investigated using a variety of metal catalysts. In this reaction, carbon monoxide reacts with water to produce carbon dioxide and hydrogen. In addition, the influence of the support on the reaction mechanism was studied using in-situ diffuse reflection infrared Fourier transform spectroscopy technique. Firstly, copper, platinum and palladium supported on silica, ceria, zirconia and titania samples were tested on reaction . It has been found that metal activity was improved when dispersed on reducible rather than on non-reducible supports. Moreover, according to catalytic tests platinum/titania was the most active sample. The water gas shift reaction is promoted on platinum-based catalysts via metallic monofunctional or metal-support bifunctional mechanisms depending on the reducibility of support. Platinum supported on the non-reducible silica catalyzes the reaction through a monofunctional redox mechanism involving the adsorption and activation of water and carbon monoxide on the metallic fraction. On platinum /ceria and platinum/zirconia samples the reaction mechanism would be associative and adsorbed formate species would be reaction intermediates. On the other hand, the reaction on platinum/titania was catalyzed via a bifunctional metal-support redox mechanism, probably involving the activation of carbon monoxide and water on the metal and support, respectively. Besides, the high activity of this sample would be related to water activation, rate limiting step on platinum/silica redox monofunctional mechanism, on oxygen vacancies sites in the support.