Catalizadores de Cu-Ga2o3/ZrO2 para la hidrogenación selectiva de óxidos de carbono hacia metanol

Abstract

It was studied the effect of Ga2O3 (gallia) as promoter, of ZrO2 (zirconia) as support and of the Cu-Ga2O3 and Cu-ZrO2 interactions, in the catalytic performance of supported copper catalysts in the reaction of methanol synthesis, from mixtures rich in carbon dioxide, to their use in `capture modules of CO2´ with recycle of non- condensable. It was found that from the set of binary and ternary catalysts evaluated, the most active, selective and stable catalysts were those in which the gallia was added onto the precursor Cu/ZrO2 dried and calcined, has been incorporated the metal by ion exchange (Ga2O3/IE Cu/ZrO2). Also, it was found that catalysts with Ga2O3 in their compositions, either as promoter or support, were the most stable. The characterization of the most representative catalysts, as to the observed catalytic differences, showed that the catalytic stability of the catalysts with Ga2O3 was associated with the presence of appreciable percentage of Cu+ versus Cu0 over the H2 pre-reduced catalysts as found by the reactive chemisorption of CO followed by in-situ infrared spectroscopy (IR). The initial activities to methanol together with the results of surface concentration of copper and the percentage of Cu0 (estimated from the copper dispersion measures with N2O and the adsorption of CO with IR, respectively) allowed to postulate that it is necessary to reach a given assembly of Cu0 surface atoms to form the catalytically active site in the methanol synthesis.

Se estudió el efecto del Ga2O3 (galia) como promotor, del ZrO2 (circonia) como soporte y de las interacciones Cu-Ga2O3 y Cu-ZrO2, en el desempeño catalítico de catalizadores de cobre soportado en la reacción de síntesis de metanol, a partir de mezclas ricas en dióxido de carbono, para su empleo en ‘módulos de captura de CO2’ con reciclo de no condensables. Se encontró que, del conjunto de catalizadores binarios y ternarios evaluados, los catalizadores más activos, selectivos y estables fueron aquellos en los que la galia se adicionó al precursor Cu/ZrO2 secado y calcinado, habiéndose incorporado el metal por intercambio iónico (Ga2O3/IE Cu/ZrO2). Además, se halló que los catalizadores con Ga2O3 en su composición, ya sea como promotor o soporte, fueron los más estables. La caracterización de los catalizadores más representativos, en cuanto a las diferencias catalíticas observadas, demostró que la estabilidad catalítica de los catalizadores con Ga2O3 se hallaba asociada a la presencia de porcentajes apreciables de Cu+ frente a Cu0 sobre los catalizadores pre-reducidos con H2, según lo hallado mediante la quimisorción reactiva de CO seguida por espectroscopia infrarroja (IR) in-situ. Las actividades ‘iniciales’ a metanol junto con los resultados de concentración superficial de cobre y el porcentaje de Cu0 (estimados a partir de las dispersiones de cobre medidas con N2O y de la adsorción de CO con IR, respectivamente), permitieron postular que es necesario alcanzar un dado ensamble de átomos de Cu0 superficiales para conformar el sitio catalíticamente activo en la síntesis de metanol.