Catalizadores basados en níquel para la transformación de CO2 a gas natural sintético

F C GENNARI; LAROCHETTE, P. ARNEODO; GABRIEL DE PIANO; M. LAURA GRASSO

Mendoza

Congreso; Congreso INteruniversitario I+D+i Mendoza; 2021

Universidad de Cuyo

Nickel-based catalysts for the conversion of CO2 to synthetic natural gasLa reutilización de CO2 para producir combustibles es una de las alternativas más atractivas para reducir las emisiones de CO2 al ambiente y al mismo tiempo transformar el CO2 en una materia prima con valor agregado. La hidrogenación catalítica de CO2 a CH4, también conocida como reacción de Sabatier, es factible termodinámicamente pero es un proceso con significantes barreras cinéticas. Por esta razón, la reacción debe ser favorecida con el empleo de catalizadores heterogéneos, resultando clave para la aplicación industrial el diseño y preparación de catalizadores estables, activos y selectivos. A la fecha, aunque se han sugerido catalizadores bimetálicos de Ni-Fe como alternativa a los catalizadores de Ni tradicionales, el efecto de promoción del Fe todavía está en discusión.En este trabajo, se prepararon por impregnación una serie de catalizadores bimetálicos de Ni-Fe sobre Ce0.8Zr0.2O2 (CZ) y SiO2 (Si) de alta área específica (carga total de metal del 10% en peso) con diferentes proporciones de Ni:Fe y se investigó el efecto del contenido de Fe en la conversión de CO2. En el estado oxidado, se observó la formación de nanopartículas (NPs) de NiFe2O4 y de NiO sobre ambos soportes. La activación de los metales mediante reducción a temperatura programada (TPR) muestra dos regiones de consumo de hidrógeno para los catalizadores Ni-Fe/CZ: a 300°C, debido a la reducción de la superficie del soporte (Ce4+Ce3+) y a la formación de Ni-Ce-O superficial; a temperaturas mayores, asociado con la reducción de óxidos de Ni y/o Ni-Fe. En el caso de los catalizadores Ni-Fe/Si, el consumo de H2 está centrado a 400-450 °C y se corresponde con la reducción de NiO. Se puedo establecer que la reducción con hidrógeno de las NPs favorece la incorporación de Fe a la estructura del Ni, formando aleaciones Ni1-xFex, mientras que no se puede descartar una reducción incompleta de Fe-O. Los catalizadores de Ni-Fe/CZ mostraron alta densidad de sitios básicos débiles y medios, en comparación con los catalizadores de Fe-Ni/Si que presentan principalmente sitios básicos fuertes. Una vez activados, los catalizadores fueron evaluados para la conversión de CO2 entre 150 y 400 °C a partir de mezclas 4H2:CO2. Para cada composición Ni-Fe, los mejores resultados se obtuvieron con el catalizadores soportados sobre CZ respecto de SiO2. El catalizador monometálico Ni/CZ presentó mayor conversión a CO2 (70%) y mayor selectividad a CH4 (99%) en comparación con los catalizadores bimetálicos Ni-Fe/CZ, independientemente de la dispersión metálica. La formación de NPs bimetálicas Ni-Fe no resultó en un efecto promotor, y la actividad se reduce con el aumento del contenido de Fe. Esto puede deberse a la posible formación de especies Fe-O que obstaculiza el contacto metal/CZ necesario para facilitar la interacción entre el CO2 adsorbido en el soporte y el H2 disociado por las nanopartículas. Finalmente, se evaluó el desempeño de los catalizadores con altos contenidos de níquel sobre CZ durante 30 y 96 h, obteniendo buena estabilidad sin depósitos carbonosos y sin identificar fenómenos de decoración de las NPs metálicas.