Estudio cinético de catalizadores basados en óxidos de Níquel (II) y Cerio-(IV) para la conversión catalítica de hollín

Abstract

En esta tesis se realizó el estudio de la adición del níquel hacia el CeO2 en función a las propiedades fisicoquímicas y las actividades catalíticas para la combustión del hollín. Los catalizadores mixtos NiCe fueron preparados mediante el método de evaporación de solvente en proporciones molares Ni:Ce de 0.5:9.5, 1:9, 5:5, y 9:1, además de los másicos CeO2 y NiO. Los catalizadores fueron caracterizados por sorción de N2 (método BET), difracción de rayos X (XRD), termogravimetría (TGA), reducción a temperatura programada con H2 (TPR-H2), espectroscopía Raman, espectroscopía fotoelectrónica de rayos X (XPS) y espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR). La actividad catalítica se evaluó por TGA bajo aire sintético en contacto directo para la combustión del hollín. Los catalizadores NixCe10-x mostraron baja área superficial (3 - 74 m2g-1) con tamaños de cristalita que variaron con los distintos valores NixCe10-x (9 - 22 nm). Sin embargo, se observó un incremento en el volumen del poro mesoporoso, un importante parámetro para la oxidación del hollín con aire. Asimismo, los difractogramas de rayos X mostraron una introducción parcial de los iones Ni2+ a la red de la fluorita del CeO2. El catalizador Ni0.5Ce9.5 calcinado a 600°C obtuvo la mejor actividad catalítica (T50 = 519.43 °C). Se realizó la cinética de oxidación del hollín a través de curvas light off, donde se determinó la energía de activación (Ea) y se concluyó que el catalizador Ni0.5Ce9.5(600) mejoró efectivamente la actividad catalítica (Ea = 73 kJ mol-1) generando la eliminación del hollín a una temperatura más baja.

In this thesis, the study of the addition of nickel to CeO2 was carried out based on the physicochemical properties and catalytic activities for the soot combustion. The NiCe mixed catalysts were prepared by solvent evaporation method in Ni:Ce molar ratios of 0.5:9.5, 1:9, 5:5, and 9:1, furthermore CeO2 and NiO catalysts were prepared like mass catalysts. The catalysts were characterized by N2 sorption (BET method), X-ray diffraction (XRD), thermogravimetry (TGA), temperature programmed reduction with H2 (TPR-H2), Raman spectroscopy, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). The catalytic activity was evaluated by TGA under synthetic air in tight contact for soot combustion. The NixCe10-x catalysts showed low surface area (3 - 74 m2g-1) with different crystallite sizes to each NixCe10-x studied (9 - 22 nm). However, an increase in mesoporous pore volumen was obtained wich it s an important parameter for soot oxidation with air. Likewise, the X-ray diffractograms showed a partial introduction of Ni2+ ions to the CeO2 fluorite lattice. The Nio.5Ce9.5 catalyst calcined at 600°C had the best catalytic activity (T50 = 519.43 °C). The kinetics of soot oxidation was carried out through light off curves, where the activation energy (Ea) was determined and it was concluded that Nio.5Ce9.5(600) catalyst effectively improved the catalytic activity (Ea = 73 kJ mol-1) generating the elimination of soot at a lower temperature.