Nuevos catalizadores estructurados para la obtención de hidrógeno limpio de co

Abstract

La presente Tesis se ha estructurado en siete capítulos. En el primero se presentan los puntos más relevantes que han motivado esta memoria. En los capítulos siguientes se exponen los resultados obtenidos en el transcurso de la investigación realizada durante estos años. Por último, se incluye un apartado final donde se plasman las conclusiones más relevantes del trabajo desarrollado en los capítulos previos. El Capítulo 1 consiste en una introducción donde se aborda la situación energética actual y los problemas que derivan de ella. Como posible alternativa a la problemática expuesta, se plantea la posibilidad de producir energía a partir de hidrógeno mediante pilas de combustible de membrana polimérica para aplicaciones móviles y estacionarias a pequeña-mediana escala. Para que el hidrógeno se pueda usar en este tipo dispositivos es imprescindible que no contenga CO y se propone la reacción de oxidación preferencial (CO-PROX) como opción para purificar el hidrógeno y reducir el CO a concentraciones aceptables para la pila. Por último se hace un recorrido por el tipo de catalizadores empleados en esta reacción centrándonos en los catalizadores basados en óxido de cobre-óxido de cerio. En el Capítulo 2 se exponen los resultados catalíticos, en términos de actividad y selectividad, alcanzados por una serie de catalizadores de CuO-CeO2 con diferentes contenidos de cobre en peso. El óxido de cerio empleado como soporte se ha sintetizado siguiendo el método de liofilización del precursor. Se han realizado ensayos catalíticos bajo diferentes condiciones de operación, en condiciones ideales y simulando las condiciones reales a la salida de una unidad de WGS, para lo que se ha añadido CO2 y H2O a la corriente gaseosa que llega al reactor. En este capítulo también se detalla el proceso de síntesis de los materiales y se presentan los datos de la caracterización de los catalizadores antes y después de la reacción, obtenidos mediante diferentes técnicas. En el Capítulo 3 se lleva a cabo un estudio comparativo de las propiedades texturales, estructurales y rédox de tres catalizadores de CuO soportados en ceria y en cerias modificadas con óxido de circonio y con alúmina, respectivamente, y de cómo estas diferencias afectan a los resultados catalíticos. Los soportes utilizados en estos sistemas catalíticos se han preparado por el mismo proceso que en el capítulo anterior. Resumen El Capítulo 4 se presenta una serie de catalizadores de CuO-CeO2 en los que el soporte de ceria se ha sintetizado utilizando microesferas de PMMA como plantillas con la intención de controlar la porosidad de material y se han usado como precursores metálicos los nitratos correspondientes. En el Capítulo 5 se han preparado una serie de catalizadores CuO-Ce0,9X0,1O2 donde los soportes consisten en ceria y cerias dopadas con diferentes tierras raras sintetizados por combustión directa de las sales precursoras correspondientes. En el Capítulo 6 se han preparado catalizadores de CuO-CeO2, con diferentes contenidos de CuO, soportados sobre materiales mesoporosos de superficies específicas elevas. Como soportes se han empleado dos heteroestructuras porosas basadas en arcillas(PCH) del tipo montmorillonita, una de ellas modificada con circonio. Al igual que en el Capítulo 2, los Capítulos 3-6 incluyen los datos más relevantes de la caracterización de las propiedades de los catalizadores, antes y después de la reacción. Además, los ensayos catalíticos se han realizado bajo diferentes condiciones de operación para evaluar el comportamiento catalítico de las muestras en la reacción, su estabilidad y la resistencia a ser desactivados por la presencia separada o conjunta de CO2 y H2O en el efluente. La incorporación de la fase activa se ha realizado mediante impregnación a humedad incipiente y posterior calcinación, salvo en el caso de los catalizadores del Capítulo 4. En el Capítulo 7 se comparan los resultados catalíticos de catalizadores similares sintetizados por métodos distintos considerando las propiedades estructurales y rédox exhibidas por las muestras. Por último se incluye un apartado donde se exponen las conclusiones a las que se ha llegado tras analizar el contenido de los capítulos anteriores.