Influencia del método de preparación y razón de carga Cu/Ce en el sistema CuO-CeO2/SiO2 para la oxidación de CO

Abstract

El monóxido de carbono (CO) es un gas incoloro, inodoro y tóxico que resulta de la combustión de hidrocarburos, por ejemplo, en los procesos oxidativos en industrias químicas y en los motores de combustión interna de vehículos. Por lo tanto, para completar la oxidación de este contaminante se ha estudiado el uso de catalizadores soportados debido a su alta actividad catalítica para la oxidación de CO. Los catalizadores soportados con metales nobles como el platino y paladio poseen gran actividad y estabilidad, pero el costo de estos metales y el envenenamiento que sufren por los compuestos sulfurados ha motivado al estudio de catalizadores alternos. El uso de metales de transición es una alternativa, debido al bajo costo y alta actividad en la oxidación de CO. Con la finalidad de establecer el mejor método de preparación, se estudia los catalizadores de cobre y cerio soportados sobre sílice (Aerosil 130) para determinar la carga óptima mediante ensayos catalíticos para evaluar la actividad y estabilidad de las muestras. Los catalizadores se sintetizaron por el método de co-impregnación (CI) e impregnación secuencial (IS) con diferentes grados de interacción de las especies CuO y CeO2 frente a tres temperaturas de calcinación: 500 ºC, 700 ºC y 900 ºC. El análisis de los catalizadores se realiza por tres técnicas de caracterización: difracción de rayos x (XRD), reducción por temperatura programada (TPR) y adsorción física de N2 (método BET). Para ambos métodos, se fija una carga de 2%Cu variando la carga de cerio y al medir su actividad, por impregnación secuencial se alcanza 90% conversión de CO a los 100 °C. En el método de co-impregnación desaparece la interacción entre CuO-CeO2 al aumentar la temperatura de calcinación, pero se logra una estabilidad de la interfaz al aumentar la carga de cerio al 24% evidenciando el rol promotor del cerio en estos catalizadores, pero a los 100 °C solo alcanza el 68% conversión de CO. Escogido el mejor método se fija una carga de 24%Ce variando la carga de cobre para determinar la relación óptima Cu/Ce a distintas temperaturas de operación. Como resultados tenemos que el catalizador IS 2%Cu-24%Ce presenta la mayor actividad a los 500 ºC y el catalizador IS 10%Cu-24%Ce presenta la mayor actividad a los 700 ºC. Por lo tanto, se concluye que el método de impregnación secuencial (IS) afecta la concentración de las especies de CuO formadas, la interacción del CuO con el CeO2 y mantiene la estabilidad de la interfaz CuO-CeO2 del catalizador cuando es expuesto hasta los 700 ºC, logrando altas conversiones en la oxidación de CO a bajas temperaturas.