Síntesis y evaluación catalítica de nanoestructuras Al2O3-Ga2O3 y Al2O3-Y2O3 para la reacción de desplazamiento de vapor de agua

Abstract

El presente trabajo se enfoca al estudio de óxidos mixtos nanoestructurados de Al2O3-Y2O3-x y Al2O3-Ga2O3-x con distintos porcentajes en peso de Y2O3 o Ga2O3 (x=25, 50), preparados mediante un método hidrotermal en presencia del tensoactivo Tritón X-100, como soportes adecuados para catalizadores con base de Ni (5 % en peso) en la reacción de desplazamiento de vapor de agua (WSGR), la cual provee una vía termodinámicamente favorable para el enriquecimiento del CO2 y producción de H2. La incorporación de Y2O3 o Ga2O3 a la estructura de alúmina fue completa para la carga del 25 % en peso. Ambos promotores de óxido de alúmina indujeron a una mejora de la actividad catalítica en la WSGR, observándose un efecto más significativo en los catalizadores con Ga. Según los resultados estructurales y superficiales, el Ga y el Y modulan la interacción entre el níquel y el Al2O3, se evidenció una alta área específica (230 m2 ·g-1 ), un volumen de poro de 0.35 cm3 ·g-1 y una distribución unimodal de poros centrada en 6.1 nm con una menor contribución de poros con diámetros desde 4.1 hasta 7.4 nm, se encontró que hay una disminución del área específica y volumen de poro cuando aumenta el porcentaje de galio e itrio. La evaluación en flujo continuo de los catalizadores activados basados en Ni mostraron que todas las muestras preparadas eran activas en la WSGR. El análisis de FTIR in situ, demostró que el Ga y el Y inhibieron la formación de carbonilos de níquel, que se consideran precursores de la formación indeseada de metano. La presencia de Ga (III) e Y(III) puede reducir la basicidad de la superficie, disminuyendo la adsorción de CO y CO2, dando lugar a bandas de absorción más débiles. La variación de los picos relacionados con el formiato con la temperatura sugiere la participación de las especies de formiato como intermediarios en el mecanismo de reacción. Por último, no se obtiene la presencia de metano en los efluentes del reactor, lo que indica que estos otros autores también informaron de la baja producción de metano utilizando catalizadores basados en Ni en reacciones de desplazamiento de vapor de agua, sugiriendo también que el Ni con bajo número de coordinación se muestra como la barrera para el rompimiento del enlace de C-O, impidiendo la formación de metano. Se observaron partículas de Ni de mayor tamaño en las muestras AlGa-50 y AlY-50 que en AlGa-25 y AlY-25 mediante la medición TEM; coincidentemente, la actividad fue mayor en las dos primeras muestras.