Estudio de catalizadores de níquel soportados en UIO-66-NH2 sobre la actividad de metanación de CO2

Abstract

En la actualidad, la concentración de dióxido de carbono (CO2) en la atmósfera ha ido en constante ascenso, intensificando el efecto invernadero, y contribuyendo al cambio climático mundial, cuyas consecuencias se podrían traducir en un aumento de hasta 5°C en la temperatura media del planeta hacia el año 2100, generando nefastas consecuencias al desarrollo de la humanidad. Entre las alternativas consideradas para la mitigación del CO2, la conversión de este compuesto gaseoso en metano (CH4) mediante la reacción de hidrogenación del CO2, se ha considerado como una promisoria opción debido a que, podría contribuir a satisfacer la demanda energética actual, transformando un elemento contaminante en un producto orgánico con valor agregado. El objetivo de este trabajo es la síntesis de catalizadores de Níquel (Ni) soportados en UiO − 66 − NH2, una estructura metal-orgánica (Metal Organic Framework, MOF) basada en Zr, que posee una alta capacidad de adsorción de CO2 producto de los sitios activos que posee, y cuyo uso como soporte de nanopartículas de Ni, podría contribuir a mejorar la performance de la reacción de metanación de CO2 a bajas temperaturas. Se sintetizaron diferentes muestras de UiO − 66 − NH2, que fueron analizadas mediante FTIR y DRX, los cuales fueron coincidentes con lo reportado en otras publicaciones. Posteriormente, se realizó el vaciado de poros del MOF, realizando un intercambio de solvente entre DMF y MeOH, y luego, un tratamiento térmico (activación) para la eliminación del MeOH, siendo verificado por FTIR y TGA, determinándose que el tiempo de intercambio de solvente ideal es de 8 horas con un tiempo de activación de 4 horas a 120°C. Tras ello, se observó mediante microscopía SEM, que los cristales estaban agregados, por lo cual, se hizo un estudio de ácido acético como agente modulante, estableciéndose que la cantidad de modulante ideal es de 50 eq. molares de ácido acético con respecto al ZrCl4, permitiendo un crecimiento controlado de los cristales; obteniéndose así un área superficial BET de 988 m2 /g, con tamaño de cristales entre 100-200 nm y mostrando una estabilidad térmica hasta 365°C. Posteriormente, los catalizadores de Níquel (ca. 10% wt.) soportados en UiO − 66 − NH2 fueron sintetizados mediante impregnación húmeda, empleando distintos precursores de Níquel y solventes orgánicos, cuyos productos fueron estudiados en base a un análisis de espectroscopía FTIR y TGA, determinándose la incorporación de iones de Ni y su estabilidad térmica, observándose que los catalizadores calcinados eran estables hasta 325°C, estableciéndose así, que el rango de temperaturas en el cual se llevarían pruebas cinéticas sería entre 200°C-325°C. De las pruebas cinéticas llevadas a cabo, se concluyó que, el mejor catalizador soportado en UiO − 66 − NH2 corresponde al sintetizado en base Ni(NO3 )2 6H2O y H2O, cuya área superficial BET fue de 505 m2 /g , presentando una conversión máxima de un 22% a una temperatura de 300°C, con una selectividad hacia CH4 de un 100%, sin embargo, el valor de conversión obtenido es relativamente bajo en relación a otros catalizadores de Ni soportados en MOFs, debido a que la desorción de CO2 ocurre a una temperatura inferior a 300°C, siendo inferior a la temperatura óptima para la reacción de metanación.