Síntesis y caracterización de catalizadores basados en óxido de manganeso. Análisis de modelos teóricos de descomposición catalítica del ozono sobre óxidos de Mn (IV)

Abstract

[ES] El ozono es un agente de alto poder oxidante cuyo uso a nivel industrial ha aumentado considerablemente en los últimos años. Presenta multitud de aplicaciones como desodorizante, desinfectante (sobre todo, en aguas residuales) y blanqueante, ya que, durante su descomposición, además de oxígeno, se generan varios tipos de radicales con una alta capacidad oxidante. Por esta razón, el ozono también está siendo ampliamente investigado para su aplicación en la desinfección frente al SARS-CoV-2. Concretamente, en la desinfección de diferentes medios de transporte público como el metro, tren, autobús y avión. A nivel estratosférico, actúa como agente protector mediante el filtrado de los rayos ultravioleta provenientes del sol. Sin embargo, a nivel troposférico, provoca daños severos tanto en el ámbito animal como en el vegetal. Además, es uno de los causantes del smog fotoquímico, contribuyendo a un calentamiento de la Tierra junto a otros agentes contaminantes. Al tener multitud de aplicaciones, la emisión del ozono no consumido en los procesos donde se usa, aún en cantidades residuales, supone un problema de contaminación atmosférica importante. Por tanto, el objetivo del presente proyecto final de máster (TFM) consiste en desarrollar formulaciones catalíticas basadas en óxido de manganeso que permitan llevar a cabo la descomposición catalítica del ozono no consumido, evitando su emisión indiscriminada a la atmósfera. Para ello, se sintetizarán diversos catalizadores basados en óxido de manganeso (IV) soportados y ¿bulk¿ de alta área superficial. Asimismo, se estudiarán sus propiedades fisicoquímicas más relevantes con una amplia variedad de técnicas disponibles en el ITQ (DRX, TGA y área BET, principalmente). Finalmente, se llevará a cabo una revisión bibliográfica de los modelos cinéticos de descomposición catalítica de ozono más representativos, con el objetivo de establecer parámetros cinéticos como la velocidad de reacción.

[EN] Ozone is a highly oxidizing agent whose use at an industrial level has increased considerably in recent years. It has many applications as a deodorizer, disinfectant (especially in wastewater treatment) and bleach. During its decomposition, in addition to oxygen, several types of radicals with a high oxidizing capacity are generated. For this reason, ozone is also being widely researched for its application in disinfection against SARS-CoV-2. Specifically, its application in the disinfection of different means of public transportation such as subway, train, bus and airplane. At a stratospheric level, it acts as a protective agent by filtering out ultraviolet rays from the sun. However, at a tropospheric level, it causes severe damage to both animal and plant environments. In addition, it is one of the causes of photochemical smog, contributing to global warming along with other contaminating agents. As it has many applications, the emission of unconsumed ozone in the processes where it is used, in residual amounts, is a major air pollution problem. Therefore, the aim of this final project of master¿s degree is to develop catalytic formulations based on manganese oxide to carry out the catalytic decomposition of unconsumed ozone, avoiding its indiscriminate emission into the atmosphere. For this purpose, several catalysts based on manganese oxide (IV) supported and high surface area "bulk" will be synthesized. Likewise, their most relevant physical-chemical properties will be studied with a wide variety of techniques available at the ITQ (mainly XRD, TGA and BET area). Finally, a literature review of the most representative kinetic models of catalytic ozone decomposition will be carried out, with the aim of establishing kinetic parameters such as reaction rate.

[CA] L'ozó és un agent d'alt poder oxidant l'ús a nivell industrial ha augmentat considerablement en els últims anys. Presenta multitud d'aplicacions com desodoritzant, desinfectant (sobretot, en aigües residuals) i blanquejant, ja que, durant la seva descomposició, a més d'oxigen, es generen diversos tipus de radicals amb una alta capacitat oxidant. Per aquesta raó, l'ozó també està sent àmpliament investigat per la seva aplicació en la desinfecció davant de la SARS-CoV-2. Concretament, a la desinfecció de diferents medis de transport públic com el metro, tren, autobús i avió. A nivell estratosfèric, actua com a agent protector mitjançant el filtrat dels raigs ultraviolats provinents del sol. No obstant això, a nivell troposfèric, provoca danys severs tant en l'àmbit animal com en el vegetal. A més, és un dels causants del smog fotoquímic, contribuint a un escalfament de la Terra al costat d'altres agents contaminants. Al tindre multitud d'aplicacions, l'emissió d'ozó no consumit en els processos on s'usa, encara en quantitats residuals, suposa un problema de contaminació atmosfèrica important. Per tant, l'objectiu d'aquest projecte final de màster consisteix a desenvolupar formulacions catalítiques basades en òxid de manganès que permeteixen dur a terme la descomposició catalítica de l'ozó no consumit, evitant la seua emissió indiscriminada a l'atmosfera. Per a això, es sintetitzaran diversos catalitzadors basats en òxid de manganès (IV) suportats i "bulk" d'alta àrea superficial. Així mateix, s'estudiaran les propietats fisicoquímiques més rellevants amb una àmplia varietat de tècniques disponibles en l'ITQ (DRX, TGA i àrea BET, principalment). Finalment, es revisaran els models cinètics de descomposició catalítica d'ozó utilitzant com a catalitzador òxid de manganès (IV) tenint en compte la bibliografia vigent, amb l'objectiu d'establir paràmetres cinètics com la velocitat de reacció.