Preparación de catalizadores basados en óxidos de níquel (II) y cerio (IV) para la deshidrogenación oxidativa del etano a etileno - Zambrano Puma, Gianmarco (2021)
Los catalizadores basados en óxidos de NiO-CeO2 fueron preparados por el método de gel-coprecipitación usando ácido oxálico como agente coprecipitante, con una relación Ni/Ce de 0.2 a 16 para la deshidrogenación oxidativa (ODH) del etano, los cuales se caracterizaron por las técnicas de Análisis Termogravimétrico (TGA), Difracción de Rayos X (XRD),ICP-MS, Sorción de N2 (Método BET), Microscopia Electrónica de Barrido (SEM), Reducción a Temperatura Programada con Hidrógeno (TPR-H2), Desorción a Temperatura Programada de Oxígeno (TPD-O2) y Desorción a Temperatura Programada con Amoniaco (TPD-NH3). La reacción ODH del etano fue realizada en un reactor de lecho fijo de cuarzo con una relación constante W/F ,tiempo de contacto, de 0.48 g.s/mL y flujo total de 50 mL/min de los gases en el reactor, el rango de temperatura de operación del reactor de ODH fue de 200°C hasta 350°C, relación molar etano/O2=1/1 y la masa del catalizador fue de 400 mg con tamaño de partícula de 150 m. Previo a la síntesis definitiva de los catalizadores, se estudió el efecto del solvente (agua y etanol), en este caso se preparó el catalizador Ni/Ce-4 en ambos solventes en el cual los Análisis de Área Superficial y SEM mostraron que al usar etanol se obtuvieron catalizadores con mayor área superficial y con fases más dispersas, por lo cual, se escogió al etanol como solvente. Para el estudio del efecto del agente precipitante se preparó los catalizadores de NiO con relaciones molares de Ácido Oxálico/Ni =0,5; 1; 1,3, en el cual el análisis de TPD-O2 demostró que el aumento de esta relación disminuye la presencia de especies de oxígeno lábiles (no selectivas), la relación óptima encontrada fue de 1,3. Respecto los catalizadores Ni-Ce, los difractogramas XRD mostraron la presencia de las fases cristalinas tipo halita (NiO) y fluorita (CeO2) en todos los catalizadores mixtos preparados, además la posible formación del óxido mixto CexNix-1O para los catalizadores con relación molar Ni/Ce≤4. La conversión de etano de los catalizadores varió del 10% hasta 50% a 300°C. El catalizador Ni/Ce-8 presentó mayor conversión (52.7%) y selectividad (56.8%) a 300°C respecto a los demás catalizadores, en los cuales la conversión estaría relacionada con la mayor área superficial, dispersión de las fases, mientras que la selectividad a etileno, con la modificación del carácter reductor, modificación de las especies de oxígeno (evidenciado por TPD-O2) y la posible sinergia entre las fases NiO y CeO2.