Estudio del incremento del área superficial en catalizadores estructurados a base de esponja de alúmina impregnados con platino, paladio y óxido de plata, para la oxidación de compuestos orgánicos volátiles.

Abstract

El objetivo del presente trabajo es modificar el área superficial de monolitos a base de esponja de α-alúmina, incorporando un recubrimiento de γ-alúmina, utilizando una solución de ácido clorhídrico y por medio de ultrasonido, con el fin de aumentar la superficie de contacto entre la fase activa y el soporte, para la eliminación de compuestos orgánicos volátiles (COVs) mediante el empleo de catalizadores estructurados, impregnados con platino, paladio y óxido de plata. Para el cumplimiento de este objetivo se determinó el área superficial de los soportes monolíticos, a través del método BET, para verificar cuál de las alternativas antes planteadas presentaba un aumento significativo en su área superficial, resultando la deposición de la capa de γ-alúmina el método más eficiente. A partir de estos resultados, se prepararon dos tipos de soportes: en el primero, las estructuras monolíticas fueron recubiertas por una capa de γ-alúmina preparada con un tiempo de agitación de 40 horas, en el segundo soporte, a las estructuras monolíticas les fue depositada dos capas de γ-alúmina, con un tiempo de agitación de 20 horas. Con cada tipo de soporte, se prepararon catalizadores monometálicos utilizando soluciones de cloruro de tetraamin paladio (II) hidratado, ácido hexacloroplatínico y una solución de nitrato de plata, para lograr la deposición de paladio, platino u óxido de plata. La impregnación se efectuó a temperatura ambiente durante 6 h, para luego evaporar completamente cada solución, seguidamente, se secan en la estufa a 120 ºC por 12 h. Todos los catalizadores se calcinan en aire a 300 ºC por un tiempo de 4 h y los de platino y paladio se reducen en hidrógeno a 500 ºC por un tiempo de 6 h. La reacción catalítica se llevó a cabo calentando el catalizador por medio de una resistencia, y los COVs utilizados (m-xileno y tolueno) fueron burbujeados y alimentados al reactor, los gases de salida fueron evaluados en un cromatógrafo HP 6890. Los soportes fueron caracterizados mediante pruebas de volumen de poro, densidad y adherencia, mientras que los catalizadores se caracterizaron mediante análisis químico de espectroscopia de absorción atómica-llama, microscopía óptica y microscopía electrónica de barrido. El orden de actividad que presentaron los catalizadores preparados en la oxidación catalítica de los COVs fue el siguiente: platino soportado en una capa de γ-alúmina, con temperaturas de “light-off” de 250 ºC para m-xileno y 275 ºC para tolueno, paladio soportado en dos capas de γ-alúmina, con temperaturas de “light-off” de 260 ºC para m-xileno y 375 ºC para tolueno, y óxido de plata soportado en una capa de γ-alúmina, con temperaturas de “light-off” de 575 ºC para m-xileno y 590 ºC para tolueno. Se alcanzaron conversiones superiores al 99 % con los catalizadores de platino y paladio, y menores al 95 % con los catalizadores de óxido de plata, en su mayoría. Los catalizadores utilizados son altamente selectivos para la producción de CO2, lo cual manifiesta que la combustión fue completa. Al mismo tiempo se tiene que éstos presentan una fuerte resistencia a la desactivación, lo cual es favorable para el empleo de los mismos como filtros catalíticos en la reducción y eliminación de compuestos tóxicos al ambiente.