Aplicación de microscopías para el seguimiento de la síntesis de catalizadores porosos

BOIX A.; LACOSTE A.; TISCORNIA I.

La Falda

Congreso; 5° Congreso Argentino de Microscopia SAMIC; 2018

UNC-SAMIC

El campo de los materiales porosos experimentó un desarrollo espectacular en las últimasdécadas; en particular, las sílices mesoporosas ordenadas. La SBA-15 representa un soporteatractivo ya que posee una estructura micro-mesoporosa compuesta de silicatos no cristalinos, con área superficial por encima de los 500 m2g-1, diámetro de poro mayor a 5 nm y buena estabilidad hidrotérmica y mecánica. La incorporación de óxidos en estos sólidos de alta superficie mejora la dispersión de la fase activa (partículas nanométricas) para su posterior aplicación. En este trabajo, a una SBA-15 sintetizada se incorporaron óxidos de Cu y Ce a través de la técnica de impregnación a humedad incipiente, para su aplicación en la oxidación preferencial de CO. Las formulaciones más activas de catalizadores en polvo fueron depositadas sobre un soporte monolítico de cordierita. El empleo de las microscopías durante la etapa de síntesis permitió caracterizar morfológica y estructuralmente los materiales obtenidos. La SBA-15 se sintetizó por el método tradicional. Los óxidos se incorporaron con soluciones de los nitratos en etanol. Catalizadores estructurados se obtuvieron a partir del washcoating, usando monolitos en soluciónacuosa. En cuanto a la síntesis del catalizador en polvo, en la Fig. A (SEM) se muestra lamorfología de la SBA-15 sintetizada, agregados de fibras de 10-20 μm de largo y unas 5 μm de ancho. La Fig. B permite observar la estructura porosa del sólido a través de una imagen de TEM, un empaquetamiento hexagonal de poros longitudinales. Un tamaño promedio de poro de 6,5 nm y espesor de pared de 4,3 nm pudieron también medirse a partir de las imágenes. En la microfotografía por STEM (Fig. C) se observan puntos brillantes correspondientes a las partículas de óxidos distribuidas en la red hexagonal, de bordes difusos y tamaño menor a 10 nm. Claramente se verifica la conservación de la estructura, sin verse afectada por el agregado de los óxidos. También, las imágenes permitieron medir diámetro de poro y espesor de pared, similares a los de la SBA-15. Luego de la incorporación del catalizador al monolito, la imagen de la Fig. D obtenida por microscopía óptica muestra una sección de la estructura. Se visualiza el estado de los canales (posibles obstrucciones), la distribución de la película en las paredes determinando lahomogeneidad lograda y la estabilidad mecánica antes y después de su uso en la reacciónquímica. La imagen del perfil de la estructura monolítica más capa catalítica se muestra en la Fig. E (SEM). Se observa un engrosamiento de las esquinas de las celdas y el cubrimiento homogéneo de las paredes por la deposición de una película de espesor de 30 μm. En la Fig. F se analiza la concentración de los elementos presentes a partir del EDX lineal en el perfil de la estructura. En la película catalítica, la concentración de Si aumenta, mientras que se identifican Cu y Ce. Además, cuando se estudia la concentración de Mg y Al presentes en la cordierita, se observa una brusca disminución. Luego, no existe migración de los elementos constitutivos del monolito hacia la capa catalítica. De este trabajo se concluye que las técnicas microscópicas resultan indispensables para el diseño y caracterización de materiales con estructuras de porosidad jerarquizada, comprendiendo micro-meso y macroporosidad, permitiendo determinar morfología, ordenamiento poroso, dispersión de nanopartículas, deposición de películas y análisis químico elemental.