Efecto del soporte sobre la estabilidad térmica de catalizadores bimetálicos de cobre-cerio y su influencia en la oxidación de CO y descomposición de N2O

Abstract

Una de las estrategias para enfrentar el cambio climático, es la reducción de gases de efecto invernadero mediante reacciones de control medioambiental, las cuales pueden ser catalizadas efectivamente con catalizadores heterogéneos. Para disminuir los efectos del CO y N2O, una alternativa atractiva es el reemplazo de metales nobles por catalizadores basados en cobre debido a su alta actividad, disponibilidad y su bajo precio. Entre dichos catalizadores, los catalizadores de CuO/CeO2 son particularmente de interés debido a su alta actividad para ambas reacciones. Sin embargo, estos metales poseen bajas áreas específicas y mala estabilidad térmica por sí solos, es decir, tienen una importante pérdida de área específica al calcinarlos a alta temperatura. Una forma de aumentar su estabilidad térmica es soportar el CuO y el CeO2 sobre un soporte que permita mejorar estas propiedades estructurales. El presente trabajo tiene como objetivo estudiar el efecto de la temperatura de calcinación del soporte, previo a la impregnación con los precursores de cobre y cerio, y su naturaleza química sobre la estabilidad térmica de la interfase entre CuO y CeO2 formada y su efecto en la actividad catalítica en la oxidación de CO y en la descomposición directa de N2O. Para esto se calcina el soporte a alta temperatura (900 °C) y se comparan los resultados con un trabajo previo a este estudio en que el soporte fue precalcinado a 500 °C. Se utilizaron catalizadores monometálicos con una carga de 2% p/p de Cu sobre el soporte y catalizadores bimetálicos de cobre-cerio, preparados por co-impregnación con una carga de 2% p/p de Cu y una carga de 8% p/p de Ce sobre distintos soportes. Los soportes seleccionados fueron SiO2, Al2O3 y ZrO2. Los catalizadores fueron posteriormente calcinados a 500 °C, 700 °C y 900 °C, y caracterizados por las técnicas de TPR, XRD y área BET. Finalmente, sus actividades fueron evaluadas para la oxidación de CO y descomposición de N_2 O. En literatura, se recomienda que los soportes sean calcinados a una temperatura igual o superior a la temperatura de reacción para estabilizarlos así evitar la oclusión de poros. Los resultados de este trabajo muestran que el efecto de la temperatura de precalcinación del soporte es dependiente del soporte utilizado y no siempre es recomendable precalcinar el soporte a una temperatura superior a la temperatura de reacción. Para el SiO2, el aumento de la temperatura de calcinación del soporte a 900 °C, no afecta mayormente el área específica del catalizador final, pero produce una fuerte disminución en su actividad catalítica de oxidación de CO, especialmente en los catalizadores calcinados entre 500 °C y 700 °C. Mientras que al utilizar Al2O3 y ZrO2 como soporte, la precalcinación a 900 °C del soporte genera una disminución importante del área específica de los catalizadores, pero genera catalizadores levemente más activos que al precalcinar el soporte a 500 °C. Estos diferentes comportamientos, pueden estar relacionados con la mayor o menor interacción entre el soporte y las partículas de CuO y CeO2, pero resulta claro que no hay un efecto importante de oclusión del material activo durante la reacción, aunque el soporte no sea precalcinado.