Síntesis, caracterización y evaluación de catalizadores basados en fibras para reacciones de oxidación

Abstract

En los últimos tiempos, se generó un gran interés por los catalizadores con una morfología definida, entre los que encontramos: esferas, cubos, barras, fibras. De todas las morfologías, las fibras se destacan por su alta relación de aspecto (longitud/diámetro), alta relación superficie/volumen, menor caída de presión, mayor transferencia de calor y masa, generación de poros o espacios vacíos (entre y en las fibras), y menor costo en su fabricación. Éstas pueden ser de distintos materiales: metálicas, cerámicas o de vidrio; y escalables mediante la construcción de sistemas estructurados con ellas. Entonces, en esta tesis, se planteó explorar catalizadores fibrosos y su actividad para reacciones de oxidación de importancia ambiental, teniendo en cuenta sus características destacables reportadas en bibliografía. Entre los diversos métodos reportados para obtener fibras, tanto en tamaño micrométrico como nanométrico, se eligieron explorar los métodos: hidrotermal, biomórfico y electrohilado, dedicándole un Capítulo de esta tesis a cada uno. Por último, se anclaron fibras de ceria sobre monolitos de cordierita, por síntesis in situ. Este sustrato es muy utilizado para la aplicación práctica de estos catalizadores en reacciones de oxidación. El crecimiento in situ de fibras es muy novedoso, y sugiere muchas ventajas con respecto al método tradicional de washcoating. La síntesis se realizó utilizando el método hidrotermal, el cual fue estudiado anteriormente para el desarrollo de fibras aisladas, lo que sirvió como experiencia para la preparación de catalizadores estructurados. Se estudió la influencia de las soluciones y concentraciones a utilizar, como el recipiente físico donde se realizó la síntesis.

In recent times, great interest has been generated in catalysts with a defined morphology, among which we find: spheres, cubes, bars, fibers. Of all the morphologies, the fibers stand out for their high aspect ratio (length / diameter), high surface / volume ratio, lower pressure drop, higher heat and mass transfer, generation of pores or empty spaces (between and in the fibers), and lower cost in its manufacture. These can be of different materials: metallic, ceramic or glass; and scalable by building structured systems with them. So, in this thesis, it was proposed to explore fibrous catalysts and their activity for oxidation reactions of environmental importance, taking into account their remarkable characteristics reported in the bibliography. Among the various methods reported to obtain fibers, both in micrometric and nanometric sizes, it was chosen to explore the methods: hydrothermal, biomorphic and electrospun, dedicating a Chapter of this thesis to each one. Finally, ceria fibers were anchored on cordierite monoliths, by in situ synthesis. This substrate is widely used for the practical application of these catalysts in oxidation reactions. In situ fiber growth is very novel, and suggests many advantages over the traditional washcoating method. The synthesis was carried out using the hydrothermal method, which was previously studied for the development of isolated fibers, which served as an experience for the preparation of structured catalysts. The influence of the solutions and concentrations to be used was studied, such as the physical container where the synthesis was carried out.