Estudio preliminar del sistema Mn/ZnO como catalizadores para la eliminación de COVs.

MARIA VICTORIA GALLEGOS; G. SUAREZ; N. RENDTORFF; MIGUEL ANDRES PELUSSO; HORACIO THOMAS

Santa Fe

Congreso; XXIII congreso iberoamericano de catalisis; 2012

Introducción Las propiedades eléctricas, ópticas y estructurales del ZnO determinan sus aplicaciones como catalizador, sensor de gases, fotocatalizador [1-3]. Estas aplicaciones están basadas en la naturaleza semiconductora del ZnO y las propiedades superficiales de los cristales de ZnO. Una manera de mejorar y controlar estas propiedades es dopando el ZnO con metales de transición, como Cu y Mn [4,5]. En el presente trabajo se obtuvieron catalizadores de ZnO dopados con diferentes concentraciones de Mn y se evaluó su actividad catalítica en la oxidación total de etanol. Experimental Se obtuvieron cuatro catalizadores de Mn/ZnO, variando la concentración de la sal precursora de Mn. Sobre un erlenmeyer conteniendo 100ml de solución de Mn(NO3)2 se agregaron 5 g de ZnO comercial agitando constantemente durante 30 minutos. La suspensión obtenida se lleva a una centrifuga durante 10min, el sólido se separa, se lava con agua destilada, se seca en estufa a 100 ºC durante 12hs, y finalmente se calcina a 500 ºC durante 2 hs. El contenido de manganeso fue determinado mediante Absorción Atómica. Los sólidos fueron caracterizados mediante la medida de la Superficie específica, DRX y RTP. La actividad catalítica fue analizada en la reacción de oxidación de etanol utilizando 100 mg de muestra y un flujo de 100 cm3 min-1 de etanol-aire en el intervalo de temperatura de 100 ? 400 ºC. Los productos de reacción fueron analizados mediante Cromatografía gaseosa con un detector FID y el CO2 analizado on-line con un detector de CO2. Resultados y Discusión El contenido de manganeso y la superficie específica de los catalizadores se presenta en la Tabla 1. Se produce un aumento en la superficie específica conforme aumenta el porcentaje de manganeso en los catalizadores. Del análisis de DRX, se observa que en todos los catalizadores se conserva la estructura original de wurzita del ZnO. Sin embargo, a medida que aumenta la concentración de la sal precursora de manganeso, comienzan a crecer líneas de difracción en 30,2 y 35,6º, atribuidas a la fase MnZnO3. Por otro lado, no se observan líneas de difracción correspondientes a otros óxidos de manganeso. En los ensayos de reducción térmica programada, se observa un pico ancho entre 260 y 500ºC, constituido por las siguientes pasos de reducción sucesivos: MnO2 ? Mn2O3 ? Mn3O4 ? MnO [6]. El máximo del pico de reducción junto al análisis cuantitativo se presenta en la Tabla 1. Con el aumento del contenido de manganeso el máximo de reducción se desplaza a mayores temperaturas. El manganeso se encuentra en un estado de oxidación promedio entre 3 y 4. En la Fig. 1 (A) se presentan las curvas de conversión de etanol de los diferentes catalizadores. Los catalizadores conteniendo manganeso presentan una actividad muy superior al ZnO comercial. En general, como era de esperar, a medida que aumenta la concentración de manganeso disminuye la temperatura requerida para la combustión de etanol. Los productos de reacción encontrados fueron acetaldehído, CO2, agua. En el caso del ZnO también se detecto la formación de un alqueno. En la Fig. 1 (B) y 1(C) se presentan las curvas de rendimiento a CO2 y acetaldehído, respectivamente. Para el catalizador más activo, el máximo de acetaldehído se encuentra a temperaturas menores que 200 ºC, donde la conversión de etanol no supera el 50%. Para los demás catalizadores