Estudio de catalizador tipo núcleo-carcasa, Ca/Cu/Y2O3CeO2@TiO2, aplicado a la reducción de NO con CO y naftaleno en presencia de oxígeno

Abstract

En Chile, la contaminación intradomiciliaria es un problema producido principalmente por el uso de equipos a leña como estufas y cocinas. Este problema es más notorio en la Región de la Araucanía donde por razones culturales y económicas este combustible ha sido tradicionalmente ocupado. La contaminación consiste en emisión de gases y partículas nocivas para la salud humana. El origen de estos contaminantes se explica por las reacciones de combustión incompleta. Una combustión incompleta se da cuando los productos de combustión no son dióxido de carbono y agua y se producen, sobre todo, por combustionar leña húmeda en equipos de baja eficiencia. Las reacciones de abatimiento de contaminantes generados en procesos de combustión han sido tradicionalmente catalizadas con metales nobles como el platino y paladio. Las ventajas de estos materiales son una alta actividad y gran estabilidad. Las desventajas están relacionadas con su escasez y alto valor comercial. Este trabajo estudió la síntesis y caracterización de catalizadores tipo núcleo-carcasa de titania-ceria. El objetivo fue producir compuestos inertes a partir de los contaminantes CO, NO y naftaleno en una atmósfera altamente oxidante. Cinco soportes distintos fueron sintetizados por el método de micela inversa en los que se varió los espesores de ceria dopados con itria (estabilizador térmico). Los soportes fueron impregnados secuencialmente con distintas cantidades de cobre y calcio, y calcinados hasta los 500°C. En total se sintetizaron 15 catalizadores con distintas combinaciones de cargas de cerio, cobre y calcio. El catalizador con carga media de cerio, cobre y calcio (3Ca/2Cu/0.27YCeO2@TiO2) fue sintetizado 6 veces. El catalizador se caracterizó mediante el área BET, Difracción de rayos X, reducción por temperatura programada, espectroscopía de infrarrojo con celda de gases, espectroscopía de reflectancia difusa de infrarrojo por transformada de Fourier (con esta técnica se propuso una vía de reacción aproximada), espectroscopía Raman y microscopia electrónica de barrido. Con el objetivo de determinar el mejor catalizador se utilizó el parámetro de T80 que es la temperatura a la que se alcanza una conversión de 80% de CO en la reacción con flujo de gases CO+NO+O2. La metodología estadística de superficie de respuesta encontró la composición ideal del catalizador: 1.8Ca/2.6Cu/0.14YCeO2@TiO2 de acuerdo al parámetro de la T80. En el caso de la reacción con naftaleno para el catalizador con cobre se obtuvo conversiones de CO y naftaleno totales y 63.88% de NO. El catalizador con cobre y calcio presenta las mismas conversiones de CO y naftaleno pero una conversión de 49.87% de NO, sin embargo produce menos NO2. Se encontró que este catalizador de titanio, cerio, itrio, cobre y calcio es una alternativa a los catalizadores con metales nobles pues permitirían reducir la contaminación intradomiciliaria si se los usa en estufas, sin aumentar considerablemente el valor de comercialización.