Eliminación de nitratos y nitritos en agua empleando catalizadores a base de paladio. Estudio de la influencia de los soportes alúmina, ceria y circonia

HERRÁN RODRIGO; JAWORSKI MARÍA

Corrientes

Jornada; XXI Jornada Investigadores de la AUGM; 2013

Asociación de Universidades Grupo Montevideo

El aumento de la contaminación de las fuentes de agua potable con NO3 - (MCL 50ppm US Environmental Protection Agency) es nocivo para la salud de las personas, ya que es transformado a NO2 - en el cuerpo humano. El NO2 - causa metahemoglobinemia, la cual es una deficiencia de oxígeno en la sangre que puede poner en peligro la vida de los niños menores de seis meses (?síndrome del bebé azul"). Desde un punto de vista ambiental, la mejor técnica para remover los NO3 - es aquella que los convierta a N2. En los últimos tiempos se ha prestado atención al empleo de catalizadores heterogéneos, principalmente Pd y PdCu para la eliminación de NO3 - en aguas. Como contribución al tema, en el presente trabajo se estudió la dependencia de la composición del soporte en la actividad y selectividad de catalizadores Pd y PdCu en la eliminación de NO3 - usando H2 como agente reductor. Como soporte se emplearon ZrO2 (Zr) pura y CeO2 (Ce) y Al2O3 (Al) puras o modificadas con 5%p/p ZrO2, los cuales fueron sintetizados en el laboratorio a partir de las sales precursoras correspondientes. En la caracterización de los soportes obtenidos se halló que todos resultaron mesoporosos como pudo apreciarse a partir de la técnica de absorción/desorción de N2 a 77K. A partir de los resultados de DRX, se observo que en el caso de la Zr la fase predominante es la tetragonal metaestable, cuya línea principal está situado a 30.5°, correspondiente al plano 111. El difractograma de la CeO2 pura corresponde a una estructura cúbica del tipo fluorita. La ZrO2 depositada sobre la Al y Ce se distribuyó en forma homogênea sobre ambos soportes. Los catalizadores monometálicos Pd/Zr (X NO3 - :30%), Pd/Ce (X NO3 - :100%), Pd/5%Zr-Al (X NO3 - :17%) y Pd/5%Zr-Ce (X NO3 - :100%) fueron activos en la reducción de NO3 - y NO2 - , mientras que el catalizador Pd/Al fue inactivo en la de reducción de NO3 - y activo en la reducción de NO2 - . Los catalizadores monometálicos sobre los soportes conteniendo Ce y Zr poseen sitios de activación del NO3 - a diferencia de los soportados sobre Al. En la etapa de reducción del catalizador mediante flujo de H2, la Ce+4 y/o Zr+4 se reduce a Ce+3 y/o Zr+3, generando vacancias de oxígeno en la interfase metal-soporte. La reducción del ion NO3 - podría ocurrir por interacción de los átomos de oxígeno del NO3 - con los sitios con vacancia de oxígeno generados en el proceso de reducción. El agregado de Cu a los catalizadores Pd/Al y Pd/Zr mejoró notablemente su actividad, aunque no eliminaron la totalidad del NO3 - . Esto se debe a que sobre los soportes Al y Zr no se formó una fase PdCu homogénea, tal como se deriva de los resultados de TPR. La selectividad a N2 del catalizador PdCu sobre Al fue menor a la del catalizador PdCu soportado sobre Zr. En lo referente a los catalizadores modificados con Zr tanto el catalizador PdCu/15%Zr-Al como PdCu/5%Zr-Ce convirtieron la totalidad del NO3 - . Para el primer catalizador su selectividad fue óptima ya que todo el NO3 - se transformó en N2 mientras que para el segundo se observó la generación de NH4 + . En lo referente a la actividad, la misma fue superior para los catalizadores mono y bimetálicos soportados sobre 5%Zr-Ce, los cuales lograron la eliminación completa del anión NO3 - en los primeros 30 minutos de reacción. Para el catalizador PdCu/5%Zr-Ce se observa que aumenta tanto la capacidad de reducción del NO3 - como la selectividad a N2 en comparación con el mismo catalizador PdCu soportado sobre Ce pura. El agregado de Zr sobre la Ce aumenta la capacidad del último soporte de activar los NO3 - y reducirlos a N2. A partir de los resultados analizados, se advierte que los catalizadores monometálicos Pd los cuales poseen soportes con propiedades redox (Zr, Ce, 5%Zr-Al y 5%Zr-Ce) poseen sitios de activación del NO3 - a diferencia del catalizador Pd/Al el cual posee un soporte inerte. El agregado de Cu a estos catalizadores monometálicos preparados sobre soportes redox mejoró la actividad. Sobre estos catalizadores bimetálicos se generaron nuevos sitios de activación del NO3 - , por lo tanto se eliminó un mayor número de estos aniones.Los catalizadores con mejor performance han sido el PdCu/5%Zr-Al que pese a poseer una baja velocidad de eliminación del NO3 - (convierte la totalidad de este anión luego de 3hs de reacción) posee una selectividad excelente y el catalizador PdCu/5%Zr-Ce cuya velocidad y tiempo de eliminación del NO3 - es elevada aunque genera una pequeña cantidad de NH4 +