Estudio de la carga optima de cobre y cerio sobre circonia para optimizar la estabilidad térmica de la interfase CuO-CaO2

Abstract

Hoy en día, la oxidación de CO y la descomposición directa de N2O son reacciones importantes en el control medio ambiental. Para la reducción de las emisiones de estos compuestos, se usan actualmente metales nobles como catalizadores, sin embargo estos son caros y escasos, lo que motiva el descubrimiento de materiales con actividades catalíticas similares a estos. Por otra parte, el sistema de cobre y cerio surge como gran candidato para llevar a cabo estas reacciones dado su alta actividad catalítica, bajo costo y gran disponibilidad comparado con los metales nobles. El objetivo de este trabajo es determinar la composición óptima de cobre y cerio soportados en circonia que optimice la estabilidad térmica del catalizador con el fin de lograr una mayor actividad en las reacciones de oxidación de CO y descomposición de N2O. Para la realización de esta tarea, se sintetizaron catalizadores de cobre y cerio soportados en ZrO2 con carga de cobre de 1 %-5% y un contenido en cerio que suficiente para tener una carga total de 10% en el soporte por medio del método de impregnación húmeda. Posteriormente se calcinaron los catalizadores a 500[°C], 700[°C] y 900[°C]. Los catalizadores fueron caracterizados por medio de las técnicas BET, XRD, TPR y se hicieron pruebas cinéticas para medir su actividad sobre las reacciones de descomposición de CO y descomposición directa de N2O. De las caracterizaciones se dedujo que tanto el área superficial del catalizador como la carga máxima de cobre para lograr una alta dispersión de este en el soporte están relacionados directamente con la temperatura de calcinación. Además, de la actividad catalítica para las reacciones se determinó que esta aumenta a junto con la carga de cobre siempre y cuando este se encuentre altamente disperso. Finalmente, de las pruebas cinéticas se obtuvo que las composiciones óptimas de Cu para catalizadores bimetálicos de cobre y cerio soportados en ZrO2 con carga total de 10% para la reacción de oxidación de CO para temperaturas de calcinación de 500[°C], 700[°C] y 900[°C] es 5 %, 2% y 1% respectivamente. Para la descomposición de N2O, los catalizadores con cargas de 4% y 5% exhibieron la mejor actividad cuando el catalizador se calcina a 500[°C] y 700[°C] mientras que cuando se calcina a 900[°C] el catalizador con mejor rendimiento fue el con carga 1% de cobre.