Redistribución de Co2+ en Co-ZSM5 por efecto de H2O durante la reducción selectiva de NOx - Martínez Hernández, Angel (Universidad Autónoma Metropolitana, 2015)
En este trabajo se estudió la actividad y desactivación del catalizador Co-ZSM5 en presencia de H2O durante la reducción de NOx a 500 °C usando C3H8 como agente reductor. La velocidad espacial (VE) utilizada fue de 120,000 h-1. Se encontró que a tiempos cortos de reacción (t12 h) ocurre una caída en la conversión de ambos compuestos. De la caracterización estructural realizada se concluye que no hubo daño aparente en la estructura de la zeolita que pueda explicar la desactivación del catalizador durante reacción en condiciones húmedas, por lo que la pérdida irreversible de actividad se debió únicamente a los cambios que sufrió el Co durante la reacción y que fueron promovidos por la presencia de H2O en la mezcla de reacción. Los resultados de caracterización de las especies de Co (técnicas espectroscópicas y de reducción a temperatura programada) claramente indican que una fracción de las especies Co2+ (en sitios de compensación de carga) formó especies tipo CoOx en los catalizadores desactivados. Asimismo, el Co2+ remanente en los catalizadores desactivados mostró menor reducibilidad con H2, y una baja capacidad de adsorción de NO, lo que puede explicar su menor actividad catalítica durante la reducción de NOx. Esta baja capacidad de adsorción de NO, junto con la formación de las especies CoOx, explica la desactivación irreversible del catalizador. Las pruebas de desactivación durante tiempos de operación largos (80 h) mostraron un patrón semejante al observado en procesos de nucleación en sólidos. Con base en los resultados de desactivación de los catalizadores Co-ZSM5, se propone que la causa de la desactivación por H2O implica la migración de especies de hidróxido de Co, que se agregan para formar oxihidróxidos de Co (semillas para la nucleación). Estos núcleos crecen formando cristalitos de óxido de Co. Durante este proceso de migración el Co2+ también se posiciona en sitios de la zeolita en donde adquiere mayor estabilidad y pierde actividad para la reacción de reducción de NOx. Se presenta un ajuste con una ecuación de nucleación de sólidos para las curvas de desactivación que concuerda muy bien con el esquema de nucleación propuesto en este trabajo. De acuerdo a nuestra información, no hay estudios específicos de la desactivación de los catalizadores Co-ZSM5 por efecto de la presencia de H2O; el modelo de desactivación por nucleación aquí propuesto es el primero que incluye de manera más detallada los probables pasos del mecanismo de desactivación. Asimismo, este esquema permite explicar el porqué los catalizadores con menor carga metálica son más susceptibles a la desactivación.