Síntesis y caracterización de óxidos de manganeso mesoporosos y su aplicación en la descomposición catalítica de ozono

Abstract

[ES] El ozono estratosférico presenta la capacidad de proteger a los seres vivos de la radiación ultravioleta. Sin embargo, sus efectos a nivel troposférico resultan perjudiciales por su elevado poder oxidante y participación en el smog fotoquímico, resultando tóxico para plantas, animales y personas. Además, tiene importantes efectos sobre la degradación y envejecimiento de materiales como plásticos y textiles. Esta alta capacidad oxidante, unida a los nuevos desarrollos tecnológicos para su generación, han impulsado su uso industrial en procesos como la potabilización y desinfección de aguas, desodorización y eliminación de contaminantes atmosféricos, síntesis de productos químicos, etc. No obstante, su empleo lleva asociado la emisión de ozono residual no reaccionante. Por tanto, es necesario desarrollar sistemas que permitan su eliminación para evitar su emisión a la atmósfera, dado su alto carácter tóxico. La descomposición del ozono se puede llevar a cabo térmicamente, sin embargo, el proceso resulta lento y requiere trabajar a temperaturas por encima de 250ºC. Por lo tanto, se hace necesario la búsqueda de nuevas tecnologías que permitan llevar a cabo su descomposición en condiciones más suaves y de manera más eficiente. Entre estas tecnologías destaca la descomposición de ozono en presencia de catalizadores que permite trabajar a temperatura ambiente con alta eficiencia. El presente proyecto fin de máster se enmarca dentro de esta línea de trabajo y está orientado hacia el desarrollo de nuevos materiales catalíticos de descomposición de ozono basados en óxidos de manganeso (IV) mesoporosos. Durante el trabajo, se llevará a cabo la síntesis de óxido de manganeso mesoporoso, se determinará sus propiedades físico-químicas más relevantes y se estudiará su comportamiento catalítico en la descomposición de ozono. Las propiedades físico-químicas más relevantes se estudiarán mediante difracción de rayos X (DRX), análisis químico (ICP), adsorción-desorción de nitrógeno (área BET) y microscopia electrónica (SEM y TEM). Los estudios de descomposición se llevarán a cabo en un reactor continuo de lecho fijo, a presión atmosférica y temperaturas entre 20 y 50ºC.

[EN] Stratospheric ozone has the ability to protect living beings from ultraviolet radiation. However, its effects at tropospheric level are harmful due to its high oxidative power and participation in photochemical smog, resulting toxic to plants, animals and people. In addition, it has important effects on the degradation and aging of materials such as plastics and textiles. This high oxidizing capacity, together with the new technological developments for its generation, have boosted its industrial use in processes such as water purification and disinfection, deodorization and elimination of air pollutants, synthesis of chemical products, etc. However, its use is associated with the emission of non-reactive residual ozone. Therefore, it is necessary to develop systems that allow its elimination to avoid its emission into the atmosphere, given its high toxic character. The decomposition of ozone can be carried out thermally, however, the process is slow and requires work at temperatures above 250°C. Therefore, it is necessary to search for new technologies that allow them to decompose under softer conditions and more efficiently. Among these technologies, ozone decomposition stands out in the presence of catalysts that allow working at room temperature with high efficiency. This master's final project is part of this line of work and is oriented towards the development of new catalytic materials of ozone decomposition based on mesoporous manganese (IV) oxides. During the work, the synthesis of mesoporous manganese oxide has been carried out, its most relevant physicochemical properties have been determined and its catalytic behavior in the decomposition of ozone was studied, comparing the results obtained with reference materials traditionally used in this type of reactions-. The most relevant physicochemical properties were studied by X-ray diffraction (XRD) and nitrogen adsorption-desorption (BET surface area). Decomposition studies were carried out in a continuous fixed bed reactor, at atmospheric pressure and temperatures of 20 and 25 ° C.