Acoplamiento oxidativo de metano sobre catalizadores: MnO, /ZrO2, Y203- Mn0, /Zr02, MgO/Zr02 Y MnOx, -MgO/ZrO2 - García Sánchez, Mayela (Universidad Autónoma Metropolitana, 1999)
En este trabajo de investigación se sintetizó, caracterizó y evaluó catalíticamente en el acoplamiento oxidativo de metano (AOM) a los materiales: MnO$ZrO2, Y203- MnOx/Zr02, MgO/ZrOz y MnO,-MgO/ZrOz. Con el propósito de estudiar como el procedimiento de síntesis de los catalizadores afectaba las propiedades fisicoquímicas y el comportamiento catalítico, el óxido binario MnO,/ZrOz se sintetizó por tres procesos diferentes; co-precipitación, impregnación y sol-gel. En el proceso sol-gel también se varió el catalizador de hidrólisis utilizando, un material se sintetizó con HNO3 y otro con HCl. Los materiales Y203-MnOx/Zr02, MgO/ZrO2 y MnO,-MgO/ZrOz se sintetizaron solamente por co-precipitación, variando el contenido de Y y Mg. El objetivo de sintetizar al ZrO2 promovido por óxidos metálicos de Y, Mn y Mg he analizar las ventajas que se obtienen en el AOM sobre otros tipos de catalizadores estudiados. El AOM consiste en producir hidrocarburos de alto valor industrial como etileno y etano a partir de metano en presencia de oxígeno para disminuir la demanda energética necesaria para la transformación. Todos los materiales sintetizados fueron caracterizados mediante las técnicas de análisis termogravimétrico y termo diferencial, difracción de rayos-X y fisisorción de N2, para conocer el comportamiento térmico, la estructura cristalina y las propiedades texturales, respectivamente. Al caracterizar mediante el análisis termo diferencial los materiales sintetizados tanto por el método sol-gel como por co-precipitación, se observa que la presencia de cationes de Y, Mn y Mg en el ZrO2, retardan el proceso de cristalización de la fase tetragonal a temperaturas mayores. Mediante difracción de rayos-X se encontró que la presencia de Mn en el material MnO,/ZrO:! sintetizado por sol-gel y co-precipitación estabiliza a la circonia preferentemente en la fase cristalina tetragonal. Sin embargo, la presencia de Y en los materiales MnOX-Y203/Zr02 no solo favorece la formación de la fase tetragonal sino también aumenta la cristalinidad de la misma. Una concentración baja de Mg en los materiales MgO/ZrOz provoca la formación de una mezcla de circonia en fase tetragonal y monoclínica en cantidades aproximadamente iguales. Si el contenido de Mg aumenta, la circonia en fase tetragonal se favorece y no se aprecia una segregación de fases.Al estudiar la actividad en el AOM en los catalizadores sintetizados, se observa que la conversión de metano varía apreciablemente al iniciar la reacción, sin embargo, después de un cierto tiempo de reacción la conversión de metano alcanza el estado estacionario y en todos los catalizadores no es mayor al 2.3%. La selectividad a etano siempre he mayor que la selectividad a etileno en todos los materiales, siendo los catalizadores MgO/ZrOz y el catalizador MnO,O/ZrO2, sintetizado mediante el proceso sol-gel utilizando HCI como catalizador de hidrólisis, los que presentan las mayores selectividades hacia etileno y etano al compararlos con los demás catalizadores. La mayoría de los catalizadores que contienen Mn presentan una alta oxidación de metano hacia COZ al inicial la reacción, mientras que los catalizadores libres de Mn presentan una oxidación inicial de metano más moderada. Después de analizar paralelamente los resultados obtenidos por las diversas técnicas de caracterización y los resultados de la evaluación catalítica, se encontró que los materiales que contienen una mezcla de fase cristalina tetragonal y monoclínica con baja cristalinidad, así como valores bajos de área superficial, favorecen la transformación del metano a etileno y etano. Algunos materiales también se caracterizaron después de la evaluación catalítica y se encontró que el Mn estabiliza temporalmente a la circonia en fase tetragonal, ya que durante la reacción de AOM los materiales MnO,/ZrOz sufren una transformación gradual de fase tetragonal a monoclínica, sin embargo, esta transición cristalina no provoca la desactivación del catalizador durante el AOM. La presencia de Y y Mg en los materiales MnOX-Y20dZr02 y MgO/ZrOz evitan la transición de fase, ya que antes y después de la evaluación catalítica estos materiales conservan su estructura cristalina.