Desarrollo de papeles cerámicos catalíticos aplicados a catálisis ambiental

Abstract

El eje central de la tesis radica en desarrollar papeles cerámicos y aplicarlos como filtros catalíticos flexibles en pos de contribuir a la remediación ambiental. Para la síntesis de papeles se implementó un método dual de fabricación de papeles celulósicos, en el cual se reemplazaron parcialmente fibras celulósicas por fibras cerámicas las cuales son resistentes a altas temperaturas. También se incorporan polielectrolitos aniónicos y catiónicos para lograr la retención de los componentes más finos de la suspensión, y por último se agrega un ligante de fibras para obtener resistencia y manipulabilidad de los papeles. Se estudiaron una variedad de ligantes naturales derivados de boro extraídos del suelo del norte de nuestro país: ulexita anhidra, ulexita natural e hidroboracita. Se desarrollaron papeles cerámicos catalíticos a partir de la incorporación de catalizadores, que se aplicaron a dos tipos de reacciones. Por un lado, la oxidación de CO en fase gas para la cual se prepararon papeles cerámicos con zeolita NaY intercambiada con Pt. La segunda aplicación, combustión de hollín diésel, se trata de una reacción heterogénea sólido-gas y apunta al desarrollo de filtros de partículas. La elevada tortuosidad de los papeles cerámicos permite retener el material particulado y por su actividad catalítica, quema las partículas a la temperatura de salida de los gases de escape permitiendo así la regeneración in situ del filtro. Para dicha reacción se estudiaron sistemas catalíticos mixtos de Co,Ba,K y Co,Ce. Los filtros catalíticos fueron extensamente caracterizados y evaluados tanto en laboratorio, como en banco de pruebas.

The main focus of the thesis is to develop ceramic papers and apply them as flexible catalytic filters in order to contribute to environmental remediation. For the synthesis of papers, a dual method of manufacturing cellulosic papers was implemented, in which cellulosic fibers were partially replaced by ceramic fibers, which are resistant to high temperatures. Anionic and cationic polyelectrolytes are also incorporated to achieve the retention of the finest components of the suspension, and finally, a fiber binder is added to obtain resistance and manipulability of the papers. A variety of natural binders derived from boron extracted from the soil of the north of our country were studied: anhydrous ulexite, natural ulexite, and hydroboracite. Catalytic ceramic papers were developed from the incorporation of catalysts, which were applied to two types of reactions. On the one hand, the oxidation of CO in gas phase for which ceramic papers were prepared with NaY zeolite exchanged with Pt. The second application, diesel soot combustion, is a heterogeneous solid-gas reaction and aims at the development of particulate filters. The high tortuosity of the ceramic papers allows the retention of the particulate material and, due to its catalytic activity, burns the particles at the exhaust gas outlet temperature, thus allowing in situ regeneration of the filter. Mixed Co,Ba,K and Co,Ce catalytic systems were studied for this reaction. The catalytic filters were extensively characterized and evaluated both in the laboratory and on the test bench.