Efecto de la adición de ceria en las propiedades fisicoquímicas y redox de catalizadores de platino soportado en alúmina-ceria para la oxidación total de compuestos orgánicos volátiles - Pérez Pastenes, Hugo (Universidad Autónoma Metropolitana, 2008)
Se preparó una serie de óxidos mixtos Al2O3–CeO2 con diferentes concentraciones de ceria (0, 2, 5, 10, 20 y 50 % en peso) como soportes catalíticos, por el método sol-gel. Otra serie de soportes CeO2/Al2O3 se preparó por impregnación húmeda incipiente con 2, 5 y 10 % de peso en CeO2 sobre alúmina sol-gel. Las muestras, después de ser calcinadas (700 °C sol-gel, 500 °C impregnación), se impregnaron con un precursor de platino para obtener los catalizadores. Los soportes catalíticos se caracterizaron por análisis térmicos (DTA y TGA), fisisorción de nitrógeno, difracción de rayos-X (XRD), microscopía electrónica de transmisión (TEM), resonancia magnética nuclear de 27Al (27Al MAS-NMR), termo-desorción a temperatura programada de amoniaco (NH3-TPD) y reducción a temperatura programada (TPR). Los catalizadores se caracterizaron por espectroscopía de absorción atómica (AAS), quimisorción de H2 y CO, reducción a temperatura programada (TPR) y microscopia electrónica (TEM y EDS). Los catalizadores también se analizaron mediante un ciclo redox que incluye experimentos para determinar la capacidad de almacenamiento de oxígeno (OSC), capacidad de almacenamiento de oxígeno completa (OSCC), la capacidad de atenuar las oscilaciones de oxígeno (OBC), la termodesorción de oxígeno (O2-TPD) y la quimisorción de CO. Para las pruebas catalíticas de oxidación total se utilizaron 1-butanol y tolueno como moléculas base de alcoholes y aromáticos. El objetivo de este trabajo fue establecer la variación de las especies de ceria (ceria superficial y ceria aglomerada) con el contenido de ceria y su método de adición, determinar su influencia en las propiedades texturales, estructurales y redox del sistema catalítico Pt/Al2O3-CeO2, así como su rol en la combustión catalítica de compuestos orgánicos volátiles (COV) en bajas concentraciones. Los soportes sol-gel con bajo contenido de ceria (2 y 5% de peso) presentan una alta dispersión de ceria, la cual está relacionada con la ausencia de señal en las difracciones de rayos-X y de electrones, y con la presencia exclusiva de especies de ceria superficial determinadas por TPR. En los materiales con alto contenido, la presencia de aglomerados de ceria se detectó por TPR entre 10 y 20%, pero los cristales mayores a 4 nm de ceria sólo se detectaron por XRD en el soporte con 50% en peso de ceria. Por otro lado, los soportes por impregnación presentan cristales de ceria > 4nm (por XRD) y aglomerados de ceria (por TPR) en materiales entre 5 y 10% en peso de ceria. La relación de especies de ceria superficiales y ceria total se relaciona bien con los sitios pentacoordinados. En el caso de materiales sol-gel, la cantidad de sitios AlV correlaciona bien con la cantidad de ceria superficial relativa, debido a que el precursor de ceria se introduce desde la síntesis de la alúmina sol-gel. Los materiales por impregnación de ceria no presentan variaciones significativas de sitios de AlV, debido a que el precursor se adiciona en un soporte de alumina sol-gel previamente calcinado. Los resultados de la combustión de 1-butanol y tolueno en catalizadores de platino soportado en Al2O3-CeO2 muestran que la adición de ceria en la red de la alúmina incrementa la actividad de la reacción entre 50 y 100% de conversión. Sin embargo, el contenido de ceria en alúmina no tiene un efecto lineal en la actividad catalítica de ambos compuestos orgánicos. Esto se atribuyó a un efecto conjugado entre el sinterizado in situ del platino debido a la producción de agua durante la combustión, las diferencias en la dispersión de Pt para los diferentes materiales, la presencia de interacciones metal-soporte fuerte, y la contribución de ceria como fuente de oxígeno. Finalmente, se encontró que la correlación entre la ceria superficial/ceria total y la cantidad de sitios de aluminio penta-coordinados también sirvió de base para explicar las diferencias entre las propiedades óxido-reductoras de los catalizadores y de la actividad catalítica en la combustión de compuestos orgánicos.