Obtención de hidrógeno por descomposición de metano empleando catalizadores de Rh y Pt soportados en γ-alúmina, dopada con Nd - Caballero Díaz, Marina (Universidad Autónoma Metropolitana, 2017)
Este trabajo presenta los resultados de la descomposición catalítica de metano utilizando catalizadores de M/J-Al2O3 (A) y M/J-Al2O3-Nd2O3 (ANd) para producir hidrógeno, donde (M=Rh y Pt). Todos los óxidos mixtos J-Al2O3-Nd2O3 y los catalizadores M/J-Al2O3-Nd2O3 se sintetizaron por impregnación húmeda utilizando Nd(NO3)36H2O, RhCl33H2O y H2PtCl6.6H2O como sales precursoras. Las concentraciones para los catalizadores fueron de 1 % en peso para M, y para Nd 1 y 10 % en peso. La reacción se llevó a cabo de 400 a 750 ° C. Todos los catalizadores redujeron la temperatura de descomposición del metano de 400- 750 ° C con respecto a la descomposición térmica no catalítica, la cual se lleva a cabo aproximadamente a 1300 °C. Los catalizadores de rodio mostraron alta actividad y selectividad a 700 °C, con conversiones alrededor del 74-79% vol. La actividad por sitio (TOF) fue mayor en los catalizadores con el tamaño de las partículas de Rh ≥ 2.1 nm. El catalizador Rh con una concentración de neodimio al 10% en peso fue altamente selectivo para hidrógeno, (100%). Este comportamiento se explicó por la mayor interacción entre el Rh y el soporte J-Al2O3- Nd2O3. Los catalizadores RhA y RhANd con 1% en peso de Nd mostraron selectividades de 89 y 65% a 700 °C respectivamente y productos de etano y etileno; estos productos provinieron de la movilidad de las especies CHx en la superficie del Rh durante la reacción, el carbón producido se depositó principalmente sobre el soporte. Mientras que los catalizadores de Pt soportados sobre γ-alúmina-dopada con neodimio exhibieron mayor actividad que el Pt soportado solo sobre alúmina. Todos los catalizadores mostraron alta actividad y selectividad a 750 ° C, con conversiones alrededor del 57-80% Vol. y producciones de hidrógeno de más de 20,000, 15,000 y 14,000 ppm para PtANd10, PtANd1 y PtA respectivamente, también se observaron en la salida de la corriente de metano no convertido, pequeñas cantidades de C2H4 y C2H6 (menos del 1%). La última etapa del trabajo incluye un estudio cinético del rompimiento del metano, para este propósito se realizaron dos experimentos, el primero consistió en variar la cantidad de catalizador (25, 50, 75 y 100 mg), manteniendo el flujo de alimentación constante (2 ml/min), en el segundo experimento se varió el flujo del metano (2, 4, 6 y 8 ml/min), manteniendo la masa del catalizador constante (50 mg). La energía de activación de la descomposición del metano se estimó en 39.2, 40.4 y 38.9 kJ/mol para los catalizadores RhA, RhANd1 y RhANd10, respectivamente y 35.5, 37.9 y 33 kJ/mol para los catalizadores PtA, PtANd1 y PtANd10, respectivamente. La caracterización se realizó mediante DRX (XRD, por sus siglas en inglés), adsorción-desorción de N2, MET (TEM, por sus siglas en inglés), MEB (SEM, por sus siglas en inglés), RTP-H2 (TPR- H2, por sus siglas en inglés), IRTF de CO (FT-IR of CO, por sus siglas en inglés), IRTF de Piridina (FT-IR of pyridine, por sus siglas en inglés), EFRX (XPS, por sus siglas en inglés), METAR (HRTEM, por sus siglas en inglés) y análisis de OTP (TPO, por sus siglas en inglés) después de la reacción. El objetivo del presente estudio fue investigar la influencia del neodimio en los catalizadores Rh y Pt soportados en γ-Al2O3 dopados con Nd2O3 en la actividad, selectividad y estabilidad para la descomposición de CH4. Dos concentraciones de Nd (1 y 10% en peso) en los catalizadores Rh y Pt se evaluaron en la descomposición de CH4 para producir hidrógeno.