Catalizadores basados en mezclas cao-mgo para la combustión catalítica del hollín

Abstract

Se evaluó la actividad catalítica de mezclas CaO-MgO y de los óxidos puros CaO y MgO, en la combustión de negro de humo (NH), compuesto utilizado como modelo del hollín emitido por los motores diesel. El NH, por su bajo contenido de volátiles adsorbidos, posee temperaturas de ignición y combustión mayores a las del hollín (con mayor contenido de volátiles), lo que hace factible considerar los resultados aquí presentados como conservadores. Se estudió la introducción de metales alcalinos (Li, Na y K) sobre mezclas CaO-MgO y se evaluó su efecto sobre la actividad catalítica en la combustión de NH. Inicialmente los catalizadores se prepararon por tres métodos distintos: mezclado fisico, impregnación y sol-gel, con el objetivo de generar interacciones diferentes entre el Ca y el Mg. Los catalizadores fueron caracterizados mediante área superficial BET, Absorción Atómica, FTIR, DRIFTS, XPS, Desorción y Reducción Térmica Programadas (TPD y TPR), Reducción Carbotérmica, Terrnogravimetría, Difracción de rayos X y Microscopía Electrónica de Transmisión. La actividad catalítica se evaluó mediante Ensayos Termogravimétricos (TGA) y de Oxidación Térmica Programada (TPO). Los primeros en una balanza de última generación (Netzsch 409-PC) y los segundos en un reactor de lecho fijo con medición en línea de la concentración de CO y CO2 en los gases de reacción, mediante analizadores de gases infrarojo no dispersivo (NDIR) (HORIBA). La actividad de las mezclas CaO-MgO está directamente relacionada con su contenido de CaO. El MgO resultó muy poco activo en la combustión de NH. A mayor contenido de CaO en la mezcla, mayor actividad, pero menor área superficial BET y mayor carbonatación superficial y "bulk". Una mezcla con 50% de CaO mostró similar actividad que CaO puro, lo que se atribuyó a varios factores: i) mayor área de contacto catalizadorNH y mejor dispersión del calcio en la superficie de la mezcla, u) menor tendencia a la carbonatación tt bulk" y superficial de la mezcla, iii) efecto cooperativo del MgO en la mezcla que disminuye la estabilidad de los compuestos adsorbidos sobre el calcio, iv) unamayor accesibilidad de 02(g) a los sitios de calcio en la mezcla, en comparación con el CaO puro. La variación del método de preparación no tuvo un efecto significativo sobre la actividad catalítica de las mezclas CaO-MgO, lo que sugiere que su actividad está más relacionada con su composición que con la interacción Ca-Mg. La introducción de potasio sobre MgO generó un gran aumento de la actividad catalítica durante la combustión del NH. El KNO 3 resultó un mejor precursor para el potasio que el KOH. El incremento de actividad con la introducción de potasio se debe a: i) un aumento del contenido de oxígeno en la superficie del catalizador, u) una mayor reactividad de las especies superficiales de oxígeno iii) una disminución de la cantidad y estabilidad de carbonatos en la superficie del catalizador.