Preparación de catalizadores basados en óxidos metálicos de Ni-Me (Me=Fe, Co, Nb) sobre γ-Al2O3 para la deshidrogenación oxidativa del etano a etileno

• Autor: Hurtado Cotillo, Mario Martín
• Formato: tesis doctoral
• Fecha de Publicación: 2023
• Institución: Universidad Nacional de Ingeniería
• Repositorio: UNI-Tesis
• Lenguaje: español
• OAI Identifier: oai:cybertesis.uni.edu.pe:20.500.14076/26999
• Enlace del recurso: http://hdl.handle.net/20.500.14076/26999
• Nivel de acceso: acceso abierto
• Materia: γ-Al2O3; Ni-Me (Me = Fe, Co, Nb); Óxido de níquel(II); Modelo Langmuir Hinshelwood; https://purl.org/pe-repo/ocde/ford#1.04.03

Este trabajo de tesis propone la deshidrogenación oxidativa del etano para obtener etileno mediante catalizadores basados en óxidos metálicos. La transformación de etano a etileno es una propuesta tecnológica para aprovechar la reserva de Gas Natural, ubicada en Cuzco, brindando valor agregado al 10% de etano que presenta el gas natural. Con este objeto, este trabajo se ha preparado catalizadores basados en óxidos de Ni-Me (Me = Fe, Co, Nb) soportados sobre y-Al2O3 por los métodos de coprecipitación e hidrotermal para la deshidrogenación oxidativa del etano. Para ambos casos, el agente precipitante fue NH3(ac) 1M, y urea a una densidad superficial (ds) igual a 15.6 átomos/nm2. Luego, estos catalizadores se calcinaron a 500 °C durante 4h a una rampa de 5 °C/min. Con fines de comparación catalizadores másicos basados en Ni-Fe y Ni-Co fueron sintetizados por coprecipitación y síntesis hidrotermal, igualmente, para ambos casos se realizaron los mismos tratamientos térmicos. Además, estos materiales mostraron en sus difractogramas fases correspondientes al óxido de níquel (II) y al soporte (y-Al2O3) y el tamaño de cristalita para cada muestra se modificó de 6 a 60 nm. Asimismo, la mayoría de los catalizadores presentaron superficies micro-mesoporosas con alta mesoporosidad según sus isotermas de sorción de N2. A su vez, para definir la temperatura de calcinación se realizó los tratamientos termogravimétricos para cada catalizador que resultó 500 °C. Por otro lado, en los perfiles de TPR-H2 de los catalizadores presentaron las temperaturas de reducción respecto al NiO superiores, dado que, posiblemente se atribuyó a la interacción metal-soporte. Más aún, se pudo observar la interacción Ni-O en los espectros Raman y ligeros desplazamientos de la señal de Ni-O, por consiguiente, se detectaron especies como NiFe2O4 o NiAl2O4. Igualmente, para los catalizadores másicos, los espectros de XPS mostraron para el caso del Ni2p3/2 un ligero desplazamiento porque ha cambiado su entorno químico. De la misma manera, para el caso del espectro O1s mostró dos tipos de especies de oxígeno el nucleofílico y electrofílico. Sin embargo, los perfiles de TPD-O2 presentaron dos tipos de especies electrofílicas de oxígeno como γ o δ. Además, la especie de oxígeno Y se relacionó con la selectividad a etileno. Los catalizadores más selectivos a etileno fueron los que tuvieron un porcentaje del 5%w/w de Fe, Co y Nb. En definitiva, estas propiedades de los catalizadores proporcionaron conversiones de 26.1% a 39.7% a 450°C. Asimismo, las selectividades y rendimientos a etileno fueron de 70.8 a 78.9% y 24.2 a 28.6%, respectivamente. En consecuencia, uno de los mejores catal¬izadores fueron NiFe-0.05/Y-Al2O3, NÍCO-0.05/Y-A12O3, y NiNb-0.05/Y-Al2O3 por el alto rendimiento a etileno y conversión que presentó respecto a los demás catalizadores, aunque, el catalizador NIO/Y-A12O3 presentó un ligero incremento en la selectividad a etileno. Fi¬nalmente, se realizó un estudio cinético al catalizador NÍCO-0.05/Y-A12O3 ajustándose al modelo Langmuir-Hinshelwood con un sitio activo.