Efecto del precursor y del promotor en catalizadores de cobalto para la hidrogenación de co2 a metano

Abstract

[ES] El dióxido de carbono es uno de los principales gases de efecto invernadero, y la creciente preocupación por el cambio climático ha impulsado el desarrollo de nuevas tecnologías para aprovechar el CO2 y reducir la huella de carbono. Entre estas tecnologías, la metanación de CO2 usando H2 renovable ha retomado gran interés, ya que el metano es considerado un vector energético alternativo al H2 con ventajas en cuanto a su distribución, transporte y uso final. Los catalizadores convencionales para la reacción de metanación de CO2 están basados en Ni, Ru y Co. Los catalizadores de Ni y Ru son los más estudiados en la literatura dada su alta selectividad a metano, pero presentan ciertas limitaciones en cuanto a estabilidad, actividad y precio, respectivamente. Los catalizadores de cobalto han sido menos estudiados dado su diversidad en cuanto a distribución de productos (alcoholes, metano, CO, hidrocarburos, etc..). Por ello es importante controlar la naturaleza de los centros activos de cobalto para dirigir la selectividad al producto deseado. En este trabajo se han sintetizado diversos catalizadores basados en cobalto y analizado su comportamiento catalítico en la hidrogenación de CO2. El objetivo del trabajo se centró en estudiar conceptos importantes como: i) efecto estructural, comparando precursores laminares de tipo hidrotalcita (Co-Al) vs. sistemas invertidos partiendo de láminas de Co(OH)2, ii) adición de promotores, empleando un método de síntesis tradicional en los sistemas del tipo hidrotalcita (Co-Al-Me; Me=Ce,Zr,Ga) vs. carga inversa de intercambio iónico de los grupos hidroxilos en el hidróxido de cobalto (Me@Co(OH)2), y iii) efecto de promotores en catalizadores de cobalto. Se exploraron diferentes promotores que han demostrado propiedades interesantes en la activación y estabilización de intermedios de reacción tales como Ga, Ce y Zr. Los materiales fueron caracterizados mediante técnicas convencionales tales como difracción de rayos X, microscopía electrónica de transmisión, reducción programada de temperatura (TPR-H2), espectroscopia infrarroja (IR) y espectroscopía de fotoelectrones excitados por rayos X. El estudio catalítico incluye un análisis detallado de las condiciones de reacción como la temperatura y las presiones parciales para determinar los parámetros adecuados que favorecen la formación de metano. De los resultados obtenidos, la mayor actividad a metano se observó en el material derivado de la hidrotalcita (Co-Al), mientras que el material procedente del hidróxido de cobalto es menos activo y presenta baja estabilidad en condiciones de reacción. Por otro lado, de entre los diferentes promotores, el Ga es el más prometedor. En los catalizadores procedente del hidróxido de cobalto la incorporación de Ga aumenta la actividad y sobre todo la estabilidad del catalizador. Este efecto es función del contenido de Ga, observándose un comportamiento en forma de campana de Gauss entre la carga de Ga y el rendimiento a metano. Por otro lado, en los materiales derivados de la hidrotalcita, la incorporación de Ga inicialmente inhibe la producción de metano. Sin embargo, se observa una restructuración del material en condiciones de reacción, aumentando la producción de metano. En definitiva, este trabajo de fin de Máster ha permitido explorar conceptos importantes de síntesis y su repercusión en las propiedades catalíticas de los materiales, que abrirán la puerta a un estudio más profundo para entender la naturaleza de los centros activos y finalmente al diseño de nuevos catalizadores.