Utilización de dióxido de carbono empleando materiales desarrollados a partir de residuos agroindustriales

Abstract

La captura y utilización del CO2 son de gran interés medioambiental y económico, sin embargo, lograr catalizadores de Ni activos, selectivos y estables para la reacción de metanación de CO2 a bajas temperaturas sigue siendo un desafío. En este trabajo de Tesis, se realizó la valorización de las cáscaras de arroz y las cenizas provenientes de su aprovechamiento energético ya que posee un alto contenido de sílice que la convierte en una alternativa renovable y económica como precursor en la síntesis de materiales. Se estudió la influencia del contenido de Ni y la adición de Ru para los catalizadores soportados sobre sílice. Además, se analizó el efecto de la concentración de dopandes en el soporte sobre la actividad del catalizador. Se obtuvo mediante extracción una solución de silicato de sodio como precursor de sílice de alta pureza. Se desarrolló una nueva ruta para la obtención de soportes mesoestructurados y tipo espumas mediante radiación de microondas. El alto desempeño catalítico alcanzado se relacionó con la distribución homogénea de las nanopartículas de Ni en la estructura tridimensional abierta del soporte, lo cual favorece la accesibilidad de los reactivos hacia los sitios activos. Se llevó a cabo el acoplamiento de los procesos de captura y metanación de CO2, empleando silicato de litio como sorbente y Ni sobre sílice mesoestructurada como catalizador. Se implementaron tres configuraciones diferentes para la disposición de los materiales resultando un solo reactor y dos lechos en serie se alcanzó una elevada producción de CH4 la opción más prometedora.

The capture and utilization of CO2 are of great environmental and economic interest, however, achieving active, selective and stable Ni catalysts for the CO2 methanation reaction at low temperatures remains a challenge. In this thesis work, the valorization of rice husks and ashes from their energy use was carried out since it has a high silica content that makes it a renewable and economical alternative as a precursor in the synthesis of materials. The influence of the Ni content and the addition of Ru for the catalysts supported on silica was studied. In addition, the effect on the catalytic activity of the doping agent concentration in the support was analyzed. A sodium silicate solution was obtained by extraction as a high-purity silica precursor. A new route was developed to obtain mesostructured and foam-type supports using microwave radiation. The high catalytic performance achieved was related to the homogeneous distribution of the Ni nanoparticles in the open three-dimensional structure of the support, which favors the accessibility of the reactants to the active sites. The coupling of the CO2 capture and methanation processes was carried out, using lithium silicate as a sorbent and Ni on mesostructured silica as a catalyst. Three different configurations were implemented for the arrangement of the materials, and a single reactor and two beds in series resulted the most promising option, achieving a high production of CH4.