Catalizadores estructurados para la oxidación preferencial de CO en corriente de H2

Abstract

En esta tesis doctoral se estudió la reacción de oxidación preferencial de CO como una etapa de purificación en el proceso de producción de hidrógeno de alta pureza. Para el estudio de dicha reacción se analizaron distintos tipo de catalizadores sintetizados mediante diferentes métodos. El objetivo fue el de combinar un elemento activo con buena capacidad redox a bajas temperaturas, con un soporte estable. En primer lugar se prepararon catalizadores Co/ZrO2 y luego se cambió el soporte utilizando CeO2. Posteriormente se agregó Mn como promotor a Co-CeO2 lográndose incrementar la ventana de temperatura de máxima conversión de CO. Finalmente se estudiaron catalizadores Pt-Cu/Al2O3, los cuales mostraron conversiones de CO elevadas y a menores temperaturas que los anteriores. Estos sistemas catalíticos preparados en polvo luego fueron soportados en monolitos cerámicos de cordierita. Estas estructuras permiten mejorar el contacto entre reactivos gaseosos y catalizador, además de reducir considerablemente la pérdida de carga. En general, aunque los resultados catalíticos obtenidos con estos catalizadores fueron muy buenos, no lograron superar a los alcanzados con los catalizadores en polvo. Además, los catalizadores fueron caracterizados mediante diversas técnicas (DRX, TPR, Isotermas de adsorción), espectroscopias (Laser-Raman, XPS y UV-vis Reflectancia difusa), absorción de Rayos X (XANES, EXAFS) y SEM. El análisis conjunto de los resultados catalíticos y los provenientes de las caracterizaciones indicó que en los catalizadores de cobalto soportado la especie activa para la reacción era la espinela Co3O4, mientras que en los PtCu/Al2O3 se halló un efecto sinérgico entre Pt y Cu.

The preferential CO oxidation reaction was studied in this thesis as a step in the production of high purity hydrogen. Several kinds of catalysts were analyzed for studying this reaction. The main goal was to combine an active and reducible element with a stable support. Firstly, Co-ZrO2 catalysts were prepared, then CeO2 was used as a support. Later, Mn as a promoter was added to Co-CeO2 systems. At this point, a broader temperature window of maximum CO conversion was reached. Finally PtCu-Al2O3 catalysts were studied. These catalysts showed higher CO conversions than other systems and at lower temperature. All these powder catalyst were then prepared on cordierite monoliths. These structures improve the contact between the gas reactants and the catalysts and they also reduce the drop pressure. Despite the good results obtained with catalytic structured catalysts, they were no better than powder-catalysts results. Moreover, all catalysts were characterized by several techniques (XRD, TPR, Adsorption Isotherms), spectroscopic techniques (Laser Raman, XPS, UV-vis), X Rays absorption (XANES, EXAFS) and SEM. Catalytic and characterization results indicated that the active species for COPrOx reaction was Co3O4 in supported Co catalysts. A synergetic PtCu effect was also found.