Hidrogenación de CO2 a metanol sobre colalizadores Pd, Pd-Zn y Pd-Ga.

Abstract

Esta investigación se basa en la aplicación de catálisis heterogénea para la reducción del dióxido de carbono (CO2) a metanol sobre catalizadores mono y bimetálicos basados en paladio. Está reportado que el uso de algunos promotores, como Ga y Zn, en los catalizadores utilizados en esta reacción favorecen la velocidad y selectividad hacia la formación de metanol, desfavoreciendo la reacción reverse water gas shift (r-WGS) la cual es indeseada y ocurre de forma paralela. En este contexto, realizamos estudios cinéticos del efecto de la naturaleza y combinación de los metales soportados en los catalizadores sintetizados sobre la reacción antes mencionada. Algunos investigadores atribuyen el rol principal del aumento de la actividad hacia la formación de metanol, a la presencia de las fases oxidadas de los promotores (como Ga y Zn) que generan un efecto sinérgico con los metales activos y otros proponen que se debe a la formación de una fase intermetálica metal-promotor que es intrínsecamente más activa. El análisis de la influencia de los promotores de Ga y Zn en los catalizadores de Pd usados en la hidrogenación de CO2 a metanol se llevó a cabo a 800 kPa y temperaturas entre 220-280 °C. Se definió como método de síntesis la impregnación húmeda incipiente en presencia de trietanolamina que permitió obtener tamaños similares de partículas entre las muestras lo que favoreció la comparación entre las fases superficiales sin variación en su grado de coordinación. Se encontró que la adición de Ga y Zn en los catalizadores de Pd aumentó en más de 1 orden de magnitud la velocidad intrínseca (TOF) hacia la formación de metanol sin cambios significativos en la velocidad de reacción indeseada, r-WGS. La aplicación de una combinación de técnicas de caracterización (TEM-EDS, XRD, Ads CO-IR, XPS) evidenciaron la presencia de fases intermetálicas como PdZn y Pd2Ga en los catalizadores más activos hacia la formación de metanol. Además, análisis operando-DRIFTS en condiciones de reacción muestran que el Pd en fase metálica o bimetálica con el promotor añadido es responsable de adsorber los formiatos bidentados (b-HCOO), reportados como intermediarios superficiales de la formación de metanol. Los resultados también mostraron que la naturaleza de la fase intermetálica influye en la velocidad de hidrogenación de b-HCOO. Estos resultados demuestran que la causa principal del aumento de la actividad hacia la formación de metanol es la formación de fases intermetálicas Pd-Zn y Pd-Ga. Además, se demuestra que la fase oxidada del promotor depositado en superficie tiende a inhibir la reactividad del catalizador.