Desarrollo de nanopartículas de óxidos simples, óxidos mixtos y metálicas para su utilización en procesos catalíticos

Abstract

Se sintetizaron nanopartículas de CeO2 por precipitación controlada por difusión. Las condiciones que permitieron lograr tamaños nanométricos y una buena actividad en la oxidación preferencial de CO (COPrOx) fueron: etilenglicol como solvente, pH = 4 antes de la purificación, envejecimiento por 24 h y una T(calcinación) = 500 °C (para remover completamente los solventes y precursores). El método se optimizó mediante el agregado de H2O2, minimizando el tiempo de envejecimiento y maximizando el rendimiento. La mayor cantidad de restos orgánicos disminuyó la actividad. Nanopartículas mixtas de Co3O4 y CeO2 se sintetizaron por coprecipitación controlada e impregnación húmeda. En el primer método se obtuvieron bajas superficies específicas. En el segundo, los catalizadores con fracciones molares de Co = 0,5 presentaron conversiones de CO completas para T > 200 °C —independientes del CeO2 utilizado—, con una selectividad promedio hacia CO2 de 30,2 %. Se observó la formación de CH4 debido a la reducción del Co3O4. El agregado de CuO (impregnación húmeda) permitió obtener conversiones ligeramente menores, a menores temperaturas, con mayor selectividad y una menor producción de CH4. Las nanopartículas de CeO2 sintetizadas por solvotermólisis presentaron un área 60 % mayor que las anteriores. Se utilizaron de núcleo para las tipo core-shell con cobalto. La formación de CoOx no mostró dependencia con la [Co2+], ni el tiempo de síntesis. La conversión de CO fue similar, e incluso superior en algunos casos, a las muestras impregnadas (con 10 veces más cobalto) a T < 225 °C y con menor producción de CH4.

CeO2 nanoparticles were synthesized by diffusion-controlled precipitation. The best conditions to achieve nanometric sizes and a good activity in the preferential CO oxidation (COPROX) were: ethylene glycol as solvent, pH = 4 before purification, aging 24 h and calcination temperature equal to 500 °C (complete removal of solvents and precursors). This method was optimized by the addition of H2O2, minimazing the aging time and maximizing yield. Higher amount of organic remains decreased activity. Mixed CeO2 and Co3O4 nanoparticles were synthesized by diffusion-controlled coprecipitation and wet impregnation. Low surface areas were obtained in the first method. In the wet impregnation method, the mole fractions of catalysts with Co = 0.5 showed complete conversion of CO at T > 200 °C —regardless of the CeO2 used— and an average selectivity of 30.2% CO2. CH4 formation was observed due to the reduction of Co3O4. The addition of CuO (wet impregnation) yielded slightly lower conversions at lower temperatures, with higher selectivity and less CH4 production. CeO2 nanoparticles synthesized by solvothermolysis presented an specific surface area 60 % higher than the others synthesized. They were used as core for ceria-cobalt core-shell nanoparticles. Neither did the formation of CoOx show dependence with [Co2+] nor was the time of synthesis. CO conversion was similar, or even higher in some cases, compared with the impregnated catalysts (with 10 times more cobalt) at T < 225 °C and a lower production of CH4.