Síntesis de níquel soportado en matrices metal-orgánicas y estudio de su actividad catalítica en la hidrogenación de dióxido de carbono

Abstract

El dióxido de carbono (CO2) es el principal precursor del efecto invernadero, sin embargo, sus emisiones han mostrado un aumento sostenido a lo largo de los años. Una alternativa para mitigar las emisiones de este gas, es la conversión química hacia metano (CH4) mediante la reacción de hidrogenación de CO2. Esto a su vez, permitiría contribuir a satisfacer la demanda energética actual, produciendo un combustible a partir de un gas residual. Debido a esto, el principal objetivo de esta investigación, fue la preparación de un sistema catalítico que permita hidrogenar completamente CO2 utilizando níquel como catalizador y el MOF UiO-67bpy como soporte en una razón másica de Ni : MOF = 1 : 9. El trabajo realizado se dividió en cuatro etapas, siendo la primera la síntesis del ligando orgánico ácido 2,2 -bipiridil 5,5 -dicarboxílico (H2BPyDC) a partir del compuesto 5,5 - dimetil 2,2 -bipiridina (Me2BPy). La segunda etapa fue la obtención del MOF UiO-67bpy mediante síntesis solvotermal de los reactivos H2BPyDC y tetracloruro de circonio (ZrCl4). La tercera etapa fue la impregnación del MOF UiO-67bpy con nitrato de níquel hexahidratado mediante el método de doble solvente. El producto obtenido se calcinó para formar compositos de 10NiO@UiO-67bpy y, finalmente, en la cuarta se redujo el composito 10NiO@UiO-67bpy para obtener el catalizador 10Ni@UiO-67bpy y estudiar su actividad catalítica en la conversión de CO2 y la selectividad a CH4. Los resultados obtenidos del estudio catalítico de 10Ni@UiO-67bpy, indicaron que la selectividad de la reacción hacia metano alcanza un máximo valor de 37,4% a los 275 ºC, donde la conversión no supera el 8%. Si bien la conversión aumentó conforme lo hizo la temperatura, y alcanzó un máximo de 47,7% a 450ºC, la selectividad a metano disminuyó y no superó el 5% en ese mismo punto. Esto indica que el catalizador produce otro compuesto (monóxido de carbono), lo cual se debe posiblemente a interacciones fuertes entre los nitrógenos de la bipiridina y el CO2, lo que mantiene al gas quimisorbido e impide que este se hidrogene completamente y se forme CH4. Finalmente, se concluye que los objetivos propuestos fueron cumplidos, y a pesar de que los resultados no fueron lo esperado, no se descarta el uso de 10Ni@UiO-67bpy en catálisis ya que es posible utilizar este sistema para producir gas de síntesis y utilizarlo a otros procedimientos para formar hidrocarburos mas complejos.