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Síntesis mediante autocombustión asistida por microondas de óxidos Ni-Mg-Al promovidos con Pr y su empleo en el reformado seco de metano

Ojeda Niño, Óscar Hernán (2018) Síntesis mediante autocombustión asistida por microondas de óxidos Ni-Mg-Al promovidos con Pr y su empleo en el reformado seco de metano. Maestría thesis, Universidad Nacional de Colombia - Sede Bogotá.

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Resumen

En el presente trabajo de grado, se obtuvieron catalizadores tipo óxidos mixtos de Ni-Mg-Al promovidos con Pr (1-12%), mediante el método de autocombustión asistida por microondas los cuales fueron comparados con catalizadores sintetizados por autocombustión convencional y coprecipitación. Se estudió el papel promotor del Pr y el efecto del método de síntesis sobre las propiedades fisicoquímicas y el desempeño catalítico de los sólidos en la reacción de reformado seco de metano. Los catalizadores fueron caracterizados por diversas técnicas analíticas con el objetivo de evaluar su composición química, propiedades térmicas, estructurales, oxido reductivas, básicas, texturales, y morfológicas. La evaluación catalítica fue estudiada a través de perfiles de actividad entre 500 y 750 °C (curvas light-off) con WHSV de 60 Lg-1h-1 y pruebas de estabilidad durante 1 h a 700 °C y a 600 °C durante 10 h con WHSV de 120 Lg-1h-1. Los resultados permitieron evidenciar que el incremento en el contenido de Pr promueve la reducción del Ni, influencia la formación de fases con menor cristalinidad, promueve un incremento en la fortaleza de los sitios básicos, aumenta la capacidad de captura de CO2 a alta temperatura y favorece la formación de menores tamaños de partícula de Ni0. A su vez, el método por autocombustión asistida por microondas, facilita la reducción de Ni, evita la formación de fases espinélicas, permite la obtención de catalizadores principalmente macroporosos, con baja área superficial y con sitios básicos de alta estabilidad térmica. Independiente del método de síntesis y del contenido de Pr, los catalizadores pueden formar carbonatos superficiales que son estables térmicamente, además, son capaces de capturar CO2 en función de su basicidad y de liberarlo a alta temperatura, esto permitió hacer una contribución al mecanismo de la reacción ya reportado. Los resultados de la evaluación catalítica mostraron que el Pr no influencia la actividad, pero si mejora la estabilidad. Se logró establecer que con una cantidad de Pr del 6% se mejora la estabilidad catalítica y se disminuye la formación de depósitos carbonáceos. La evaluación catalítica para los diferentes métodos de síntesis permitió evidenciar que el tamaño de sitio activo en estos catalizadores no es el parámetro más influyente, sino que son más significativos la cantidad y estabilidad térmica de los sitios básicos. En general, se observó mayor estabilidad y menor formación de coque para los sólidos obtenidos por autocombustión con o sin microondas en comparación con el sólido obtenido por coprecipitación. Por su parte, los sólidos mostraron relaciones molares de H2/CO entre 1 y 2 y se logró verificar la formación de depósitos carbonáceos en forma de whiskers de carbono., Abstract: In the present Master’s thesis, Ni-Mg-Al mixed oxide-type catalysts promoted with Pr (1-12%) were obtained by the method of microwave-assisted self-combustion which were compared with catalysts synthesized by conventional self-combustion and coprecipitation. The promoter role of the Pr and the effect of the synthesis method on the physicochemical properties and the catalytic performance of the solids in dry reforming of methane were studied. The catalysts were characterized by diverse analytical techniques in order to evaluate their chemical composition, thermal and structural properties, as well as, reductive, basic, textural, and morphological properties. The catalytic evaluation was studied through activity profiles between 500 and 750 °C (light-off curves) with WHSV of 60 Lg-1h -1 and stability tests for 1 h at 700 ° C and at 600 ° C for 10 h with WHSV of 120 Lg-1h -1 . The results showed that the increase in the content of Pr promotes the reduction of Ni, influences the formation of phases with lower crystallinity, promotes an increase in the strength of the basic sites, increases the ability to capture CO2 at high temperature and favors the formation of smaller particle sizes of Ni0 . In turn, the microwave-assisted self-combustion method facilitates the reduction of Ni, prevents the formation of spinel phases, and allows obtaining mainly macroporous catalysts, with low surface area and with basic sites of high thermal stability. Independent of the synthesis method and Pr content, the catalysts can form superficial carbonates that are thermally stable, in addition, the catalysts are capable of capturing CO2 depending on their basicity and releasing it at high temperature. This allowed to make a contribution to the mechanism of the reaction already reported. The results of the catalytic evaluation showed that the Pr does not influence the activity, but does improve the stability. It was established that with 6% Pr, the catalytic stability is improved and the formation of carbonaceous residues was reduced. The catalytic evaluation for the different synthesis methods showed that the size of the active site in these catalysts is not the most influential parameter, but that the quantity and thermal stability of the basic sites are more significant. In general, greater stability and less coke formation was observed for the solids obtained by self-combustion with or without microwaves in comparison with the solid obtained by coprecipitation. On the other hand, the solids showed molar ratios of H2/CO between 1 and 2 and it was possible to verify the formation of carbonaceous deposits in the form of carbon whiskers.

Tipo de documento:Tesis/trabajos de grado - Thesis (Maestría)
Colaborador / Asesor:Daza Velásquez, Carlos Enrique
Información adicional:Magister en Ciencias - Química.
Palabras clave:Efecto invernadero, Gas de síntesis, Reformado seco, Praseodimio A partir de la realización de este trabajo y para futuras investigaciones, se recomienda lo siguiente: 1. Realizar un análisis superficial de los catalizadores reducidos mediante XPS con el fin de elucidar si existen interacciones entre el Ni y Pr y con base en ello explicar los efectos del Pr sobre la reducibilidad y el tamaño de partícula de Ni0. 2. Realizar estudios in situ por medio de espectroscopia DRIFT usando la atmósfera de reacción (CH4 + CO2) con el fin de hacer contribuciones más claras al mecanismo de la reacción. En estos estudios, resultaría de gran aporte el desarrollo de experimentos por pulsos para conocer si el metano reacciona directamente con los carbonatos superficiales a través de un mecanismo Mars Van Krevelen. 3. Desarrollar experimentos de estabilidad a mayores tiempos de reacción, sin diluyente y a más baja temperatura. 4. Estudiar el efecto de otros elementos de tierras raras como el La sobre el cual se conoce la formación de carbonatos estables térmicamente. 7. Recomendaciones A partir de la realización de este trabajo y para futuras investigaciones, se recomienda lo siguiente: 1. Realizar un análisis superficial de los catalizadores reducidos mediante XPS con el fin de elucidar si existen interacciones entre el Ni y Pr y con base en ello explicar los efectos del Pr sobre la reducibilidad y el tamaño de partícula de Ni0. 2. Realizar estudios in situ por medio de espectroscopia DRIFT usando la atmósfera de reacción (CH4 + CO2) con el fin de hacer contribuciones más claras al mecanismo de la reacción. En estos estudios, resultaría de gran aporte el desarrollo de experimentos por pulsos para conocer si el metano reacciona directamente con los carbonatos superficiales a través de un mecanismo Mars Van Krevelen. 3. Desarrollar experimentos de estabilidad a mayores tiempos de reacción, sin diluyente y a más baja temperatura. 4. Estudiar el efecto de otros elementos de tierras raras como el La sobre el cual se conoce la formación de carbonatos estables térmicamente. Óxidos mixtos, Microondas, Autocombustión, Óxidos mixtos, Greenhouse effect, Syngas, Dry reforming, Mixed oxides, Praseodymium, Autocombustion
Temática:5 Ciencias naturales y matemáticas / Science > 54 Química y ciencias afines / Chemistry
Unidad administrativa:Sede Bogotá > Facultad de Ciencias > Departamento de Química
Código ID:64759
Enviado por : Óscar Óscar Hernán Ojeda Niño
Enviado el día :04 Julio 2018 14:42
Ultima modificación:04 Julio 2018 14:57
Ultima modificación:04 Julio 2018 14:57
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