Estudio del sistema catalítico de NiO-ZrO2 en la hidrodesoxigenación (HDO) de fenol - Prado Chay, David Alberto (Universidad Autónoma Metropolitana, 2017)
En este trabajo se estudiaron las propiedades catalíticas del sistema NiO-ZrO2 en la hidrodesoxigenación (HDO) de fenol. Se sintetizaron, se caracterizaron y se evaluaron cinco catalizadores con diferente contenido de óxido de níquel. Los catalizadores se prepararon por el método de coprecipitación acuosa en un intervalo de composición de 0 a 12.7 % peso de NiO. Los materiales sintetizados caracterizaron mediante: análisis térmico, análisis textural, Difracción de Rayos-X (DRX), refinamiento de estructuras por el método de Rietveld, Reducción a Temperatura Programada (TPR), quimisorción de piridina seguida por FTIR, Espectroscopía Fotoelectrónica de rayos-X (XPS), análisis químico por espectroscopía de Energía Dispersiva de rayos-X (EDX) y Microscopía Electrónica de Transmisión de alta resolución (HR-TEM). Los catalizadores se evaluaron en la reacción de HDO de fenol en un reactor por lotes a 320 °C y 5.5 MPa de presión de hidrógeno. La incorporación de óxido de níquel a la zirconia retrasa la temperatura de cristalización del ZrO2, de 469 °C a 634°C dependiendo de la concentración de NiO incorporado a la estructura. Adicionalmente, el contenido de NiO en los catalizadores tuvo un efecto en el tamaño de cristal de la fase cubica del ZrO2, aumentando de 13.9 a 17.2 nm. Además, se observó el crecimiento del tamaño de partícula de NiO de 5.3 a 9.6 nm, lo que indica una disminución de la interacción metal-soporte, ya que la temperatura de reducción disminuye a medida que se incrementa el tamaño del cristal del NiO. La incorporación de NiO estabilizó la fase cúbica del ZrO2 y con la variación de los parámetros de red, se determinó el punto óptimo en el cual se observó la máxima contracción de la celda unitaria, indicando que en este punto se incorporó la mayor cantidad de Ni2+ en la red de la estructura cubica del ZrO2. Se determinó la dispersión de Ni2+ en la superficie y las vacantes disponibles en los catalizadores sintetizados, mediante la técnica de XPS. El catalizador 6NiOZ, presentó una relación Ni/Ni+Zr = 0.023, la cual indicó que existe mayor cantidad de Ni2+ en la estructura que en la superficie del ZrO2. Debido a la mayor incorporación de Ni2+ en la red de la estructura se generaron mayor cantidad de vacantes en el catalizador 6NiOZ, siendo de Ovacante/(Ored+Ovacante+OOH) = 0.56. Las vacantes de oxígeno son las responsables de adsorber a los compuestos oxigenados y el metal activo de Ni disocia el H2 en el sistema. El contenido óptimo de NiO fue de 6.0 % peso, en el que se observó la mayor deformación de la red estructural, mayor densidad de vacantes de oxígeno que corresponde al catalizador 6NiOZ con mayor actividad y selectividad a productos desoxigenados. Los catalizadores siguieron dos rutas de reacción: hidrogenación y desoxigenación directa. La ruta preferida por el sistema NiO-ZrO2 fue la hidrogenación, siendo el ciclohexano el producto principal.