Influencia de la sal precursora de nano-catalizadores de platino soportados en nano-barras de ceria sobre la producción de hidrógeno por reformado catalítico de metanol
- Rosa María Ramírez Zamora ¹*,
- Arturo Claudio Piedras ¹,
- Brenda Alcántar Vázquez ¹,
- A. Gutiérrez Martínez ²*,
- Raúl Pérez Hernández ²
Los combustibles fósiles son nuestra principal fuente de energía,
pero tienen un gran impacto negativo en la salud y en el ambiente. Con el
agotamiento de estos combustibles fósiles debido a la creciente demanda de
energía, a los costos altamente fluctuantes de los combustibles derivados del
petróleo y a las repercusiones ambientales y de seguridad energética, se ha
impulsado la investigación de fuentes alternativas de energía renovable. Desde
el punto de vista energético y ambiental, el hidrógeno es la fuente de energía
ideal porque puede transformarse en calor y energía mecánica o eléctrica.
Actualmente, se ha considerado a los alcoholes (principalmente metanol, etanol,
glicerol, n-butanol) como principales portadores de hidrógeno. El metanol ha
sido ampliamente estudiado en los últimos años debido a las ventajas que
presenta: es líquido a temperatura ambiente, tiene una alta relación H/C y baja
propensión a la formación de hollín, por lo que puede ser empleado en celdas
de combustible para aplicaciones estacionarias y de transporte. El reformado de
metanol (SRM) está emergiendo como una alternativa prometedora para la
producción de hidrógeno debido a los casi nulos efectos al ambiente, por lo que
se llevaron a cabo una gran variedad de estudios sobre la mejora de catalizadores.
Varios autores han determinado que cada paso en el proceso de síntesis del
catalizador, puede afectar las propiedades catalíticas, es decir,
catalizadores similares preparados por distintos métodos tienen diferentes
propiedades físico-químicas y catalíticas, siendo los catalizadores a base de
cobre y los de los grupos 8-10 (Pd, Pt y Ni) los que presentan mejores
rendimientos. Aunado a esto, se han empleado diferentes soportes entre los que
destacan: Al₃O₂, ZnO, ZrO₂, TiO₂ y CeO₂. De estos soportes, la
ceria (CeO₂) ha llamado mucho la
atención debido a que tiene la capacidad de almacenar y liberar oxígeno por lo
que son extremadamente reducibles, además requieren una energía de activación,
lo que la hace muy atractiva para procesos de producción de hidrógeno. Por una
parte, estudios realizados sobre este tema revelan que las nano-estructuras de
óxido de cerio mejoran la conversión de metanol debido a su alta reactividad.
Dentro de los principales resultados se observó que los diferentes planos
expuestos por las estructuras (partículas, cubos, octaedros, barras y alambres)
tienen distintas reactividades, destacando las estructuras unidimensionales
(1D), las cuales exponen planos que son mucho más reactivos para la oxidación
del CO. Por otra parte, existen pocos estudios centrados en evaluar las
propiedades de los catalizadores sintetizados a partir de diferentes
precursores, concluyendo que la sal precursora empleada en la síntesis también
puede afectar el rendimiento catalítico.
Por ese motivo, el grupo de
Procesos fisicoquímicos para el tratamiento de agua y aire del IIUNAM ha
estudiado el efecto de las sales precursoras de Pt en las propiedades de
nano-catalizadores Pt/CeO₂-NR para la producción de
hidrógeno por la reacción de reformado de metanol con vapor. En ese estudio,
se sintetizaron y evaluaron nano-catalizadores de Pt soportados en CeO₂-NR (CeO₂-nano-barras) en la reacción
de reformado de metanol con vapor (SRM) para la producción de hidrógeno. Se
investigó el efecto del precursor de Pt sobre la eficiencia de estos
materiales, empleando sales de nitrato de tetraaminplatino (Pt(NH₃)₄(NO₃)₂), acetilacetonato de
platino (CH₃-COCHCO-CH₃)₂Pt y ácido
hexacloroplatínico (H₂PtCl₆*6H₂O) con (L) y sin lavado
(S/L) empleando el dispositivo experimental mostrado en la figura 1. Los
nano-catalizadores se caracterizaron mediante las técnicas de Adsorción-
Desorción de N₂ (BET), microscopía electrónica de barrido (MEB), difracción de
rayos X (DRX), reducción de temperatura programada (TPR) y microscopía de
transmisión electrónica de barrido (STEM-HAADF).
Los resultados de DRX
ilustrado en la figura 2 para los nano-catalizadores Pt/CeO₂-NR muestran un difractograma típico de un material
cristalino, asociado a la estructura cúbica de la fluorita para el CeO₂; sin embargo, esta técnica no permitió identificar al
Pt debido a su límite de detección. Los datos del análisis de TPR mostraron que
los catalizadores Pt/CeO₂- NR(Nit) y Pt/CeO₂-NR(Acac) se reducen a una temperatura
significativamente más baja respecto a la del Pt/CeO₂-NR(Cl), lo cual significa menor energía requerida. Los
resultados de STEM-HAADF (figura 3), mostraron partículas del orden de 1 nm en
la superficie de los CeO₂-NR. El orden de actividad y
selectividad en la reacción de SRM que ilustra la figura 4 fue: Pt/CeO₂-NR(Nit)> Pt/CeO₂-NR(Acac)> Pt/CeO₂-NR(Cl-S/L)> Pt/CeO₂-NR(Cl-C/L). Por una parte, el mejor rendimiento observado en
el catalizador de Pt/CeO₂-NR(Nit) se asoció a una
distribución más homogénea de las nano-partículas de Pt. Por último, el menor
rendimiento de los catalizadores sintetizados a partir de la sal que contiene
cloro, se asoció a la formación de especies oxi-cloradas de PtxOyClz, las cuales posiblemente afectaron el rendimiento y la
selectividad de estos catalizadores en la reacción de SRM.
Contactos
Dra. Rosa María Ramírez Zamora
Dr. Raúl Pérez Hernández
Referencias:
- 1. Instituto de Ingeniería, Avenida Universidad 3000, Universidad Nacional Autónoma de México, Coyoacán C.P. 04510, Cd. Mx., México.
- 2. Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares, Carr. México-Toluca. S/N. La Marquesa,
Ocoyoacac, Edo. de México, 52750, México.