Catalizadores estructurados de CuO-CeO2 soportado en sílices con porosidad jerarquizada para la purificación de corrientes de H2

Abstract

Durante el trabajo de Tesis se estudiaron diversos sistemas catalíticos basados en CuO-CeO2 depositado sobre sílice destinados a la reacción de Oxidación Preferencial de CO en corrientes ricas en H2. Se sintetizó SBA-15 de estructura bidmiensional de canales paralelos en arreglo hexagonal con morfología de fibras. La primera etapa se centró en la optimización de los catalizadores de CuO-CeO2 sobre SBA-15. Se experimentó con distintas alternativas de incorporación de metales activos (impregnación a humedad incipiente en forma simultánea o sucesiva), diversas sales precursoras utilizadas (nitratos, acetatos, Nyacol de ceria), y distintas relaciones molares Cu/Ce. Se encontró una fuerte influencia de la relación molar Cu/Ce sobre el comportamiento catalítico con un valor óptimo. Además, fue factible sintetizar catalizadores monolíticos activos y selectivos para COPrOx, escogiendo la concentración de sólidos adecuada para el washcoating. La estabilidad mecánica de la capa catalítica fue aceptable. En general se hallaron buenos resultados catalíticos para todas las formulaciones estudiadas. Modificando parámetros de síntesis fue posible adaptar y desarrollar distintos métodos de síntesis de sólidos mesoporosos ordenados con distintas mesoestructura y morfología de partícula (irregular, esferas, fibras y bastones) para ser usados como soportes de catalizadores y evaluarlos en COPrOx. Finalmente, se procedió al estudio de otro tipo de soportes basados en sílice. Se encontró que el material más económico y con menor área superficial (celite) fue el más apropiado para su uso como soporte de los óxidos de la fase activa. El catalizador CuCe/celite mostró conversiones elevadas, similar a un catalizador CuO-CeO2 masivo obtenido por co-precipitación.

During thesis work, various catalytic systems based on CuO-CeO2 deposited on silica were studied for the preferential oxidation reaction of CO in streams rich in H2. SBA-15 was synthesized with a bidmiensional structure of parallel channels in a hexagonal arrangement with fiber morphology. The first stage focused on the optimization of the CuO-CeO2 catalysts on SBA-15. Different alternatives for incorporation of active metals (impregnation at incipient humidity simultaneously or successively), different precursor salts used (nitrates, acetates, Nyacol from ceria), and different Cu/Ce molar ratios were explored. A strong influence of the Cu/Ce molar ratio on the catalytic behavior was found with an optimal value. In addition, it was feasible to synthesize active and selective monolithic catalysts for COPrOx, choosing the appropriate concentration of solids for washcoating. The mechanical stability of the catalytic layer was acceptable. In general, good catalytic results were found for all formulations studied. By modifying synthesis parameters, it was possible to adapt and develop different methods of synthesis of ordered mesoporous solids with different mesostructure and particle morphology (irregular, spheres, fibers and rods) to be used as catalyst supports and evaluated in COPrOx. Finally, other types of silica-based supports were studied. It was found that the cheapest material with the lowest surface area (celite) was the most appropriate for use as a support for the oxides of the active phase. The CuCe/celite catalyst showed high conversions, similar to a massive CuO-CeO2 catalyst obtained by co-precipitation.