Study of cu-zno-ga2o3- and moxc-based catalysts for the reverse water gas shift reaction

Abstract

El reciclado de CO2 mediante su uso como reactivo en determinados procesos puede representar una vía que contribuya a su reducción en la atmósfera. La molécula de CO2 es termodinámicamente muy estable, sin embargo, se puede conseguir su activación mediante el uso de catalizadores apropiados, y su posterior transformación a productos de interés mediante diferentes procesos. Entre ellos, la reacción de desplazamiento inversa de agua (RWGS, de su acrónimo en inglés) representa una ruta atractiva. El desarrollo de nuevos catalizadores para este proceso es por tanto de interés actual. En esta tesis doctoral se han desarrollado nuevos catalizadores basados en sistemas multicomponentes CuZnOGa2O3MxOy (M=Al, Zr) y en MoxC. Se han caracterizado, y analizado su comportamiento catalítico en la RWGS bajo diversas condiciones de reacción y usando diferentes mezclas de reactivos, CO2/H2/N2=1/3/1 y CO2/H2/N2=1/1/1. Los catalizadores CuZnOGa2O3MxOy (M=Al, Zr) se han preparado mediante un método sol-gel sin el empleo de surfactante. Los catalizadores reducidos CuZnxGaZr, resultaron los más activos en la RWGS. A presión atmosférica y utilizando una mezcla reactante CO2/H2/N2=1/3/1, el catalizador CuZn3GaZr presentó una selectividad hacia CO de prácticamente el 100% at 325 °C bajo una conversión de CO2 del 16.8%. La energía de activación aparente determinada para este catalizador en el rango de 275-325 °C fue de 70.9±3.7 kJ/mol. Por otra parte, los sistemas basados en MoxC se han preparado mediante rutas sol-gel empleando diferentes precursores de carbono y sin el uso adicional de tratamientos térmicos con H2 o CH4. Así, se prepararon catalizadores másicos (MoxC-U, MoxC-CA and MoxC-E) y MoxC-U soportado en -Al2O3, TiO2, SBA-15 y SiO2. Entre los catalizadores másicos, el MoxC-CA mostró el mejor comportamiento catalítico, con una producción de CO de 41.8 mol/Kgcat•h, con selectividad a CO del 98% a 400 °C y utilizando una mezcla de reacción CO2/H2/N2=1/3/1. La energía de activación aparente determinada en el rango 275-325 °C fue de 64.84.1 kJ/mol. El catalizador MoxC-U presentó exclusivamente la presencia de la fase policristalina hcp-Mo2C. Sus características y propiedades catalíticas pudieron ser convenientemente interpretadas en base a resultados de estudios teóricos realizados en un trabajo en colaboración. Los catalizadores soportados mostraron, en general, mayores producciones de CO (mol CO/mol Mo•h) que el correspondiente catalizador másico (MoxC-U).