preparación de aerogeles de carbono como soporte catalítico
DESCRIPTION
Resumen de la preparación de aerogeles de carbonoTRANSCRIPT
Presentacin de PowerPoint
PREPARACIN DE AEROGELES DE CARBONO COMO SOPORTE CATALTICO PARA LA HIDROGENACIN DE MONXIDO DE CARBONO
Tesis de Maestra presentada porNorberto Vera Hincapie
Dirigida por:Dr. Sc. Eduard Ricardo Romero MalagnLaboratorio de Investigacin en Combustibles y Energa - LICEDepartamento de Qumica-Facultad de CienciasUniversidad Nacional de Colombia- Sede Bogot D. C.2015
1AntecedentesCatlisisMateriales carbonosos en catlisisHidrogenacin de monxido de carbonoObjetivos InvestigacinGeneralEspecficoIntroduccinAerogeles de carbono (AGC)Sntesis de Fischer Tropsch
PREPARACIN DE AEROGELES DE CARBONO COMO SOPORTE CATALTICO PARA LA HIDROGENACIN DE MONXIDO DE CARBONONorberto Vera HincapieTesis de Maestra. Departamento de Qumica
2ContenidoParte ExperimentalPreparacin aerogeles de carbonoCaracterizacinPreparacin catalizadores de cobaltoEnsayo catalticoResultados y DiscusinCaracterizacin materialesResultado ensayo catalticoConclusionesRecomendacionesAgradecimientos
PREPARACIN DE AEROGELES DE CARBONO COMO SOPORTE CATALTICO PARA LA HIDROGENACIN DE MONXIDO DE CARBONONorberto Vera HincapieTesis de Maestra. Departamento de Qumica
3Contenido3El 90% de las reacciones qumicas de importancia industrial son catalizadas: Combustibles, polmeros, alimentos, fertilizantes.El 90% son catalizadores heterogneos.Desarrollo de catalizadores ms eficientes viene dado por:Fase ActivaSoporte
PREPARACIN DE AEROGELES DE CARBONO COMO SOPORTE CATALTICO PARA LA HIDROGENACIN DE MONXIDO DE CARBONONorberto Vera HincapieTesis de Maestra. Departamento de Qumica
4AntecedentesEl soporte condiciona:Dispersin de la fase activaDifusin de los reactivos y productosEstabilidad trmicaResistencia mecnicaSoportes que se emplean con mayor frecuencia son:Alminas, slices, titania, arcillas, zeolitas, materiales carbonosos.
PREPARACIN DE AEROGELES DE CARBONO COMO SOPORTE CATALTICO PARA LA HIDROGENACIN DE MONXIDO DE CARBONONorberto Vera HincapieTesis de Maestra. Departamento de Qumica
5AntecedentesVentajasDesventajasLa superficie carbonosa es resistente a los medios cidos y bsicos Estructura se mantiene estable a altas temperaturasLa porosidad se puede adaptar para obtener una distribucin de poro necesaria para una aplicacin dadaSe puede preparar en una gran variedad de formas (granulos, pellets, polvos, fibras, telas, monolitos, discos)Las propiedades qumicas de la superficie se pueden modificar para para controlar su polaridad y hidrofobicidadLa fase activa se puede recuperar fcilmenteGeneralmente son ms baratos que los soportes tradicionales
No se puede utilizar a temperaturas mayores a 500K (227C) en reacciones donde intervenga el oxgeno y temperaturas mayores a 800K(527C) en reacciones donde intervenga el hidrgeno.Reproducibilidad de los materiales carbonosos no es muy buenaFuerte know-how entre los productores
PREPARACIN DE AEROGELES DE CARBONO COMO SOPORTE CATALTICO PARA LA HIDROGENACIN DE MONXIDO DE CARBONONorberto Vera HincapieTesis de Maestra. Departamento de Qumica
6AntecedentesCarbones activadosNegros de humoCNTsMWCNTsGrafenoXerogelesAerogelesPREPARACIN DE AEROGELES DE CARBONO COMO SOPORTE CATALTICO PARA LA HIDROGENACIN DE MONXIDO DE CARBONONorberto Vera HincapieTesis de Maestra. Departamento de Qumica
7Antecedentes
AGC en catlisisReacciones de hidrogenacin
El LICE ha explorado el uso de AGC en la reaccin de hidrogenacin de monxido de carbono
(2n+1) H2 + n CO CnH(2n+2) + n H2OPREPARACIN DE AEROGELES DE CARBONO COMO SOPORTE CATALTICO PARA LA HIDROGENACIN DE MONXIDO DE CARBONONorberto Vera HincapieTesis de Maestra. Departamento de Qumica
8AntecedentesLa SFT es una de las principales alternativas para contrarrestar la disminucin de los combustibles de origen fsil.Plan Energtico Nacional 2006- 2025
PREPARACIN DE AEROGELES DE CARBONO COMO SOPORTE CATALTICO PARA LA HIDROGENACIN DE MONXIDO DE CARBONONorberto Vera HincapieTesis de Maestra. Departamento de Qumica
9AntecedentesGeneralEvaluar el uso de catecol en la preparacin de aerogeles de carbono utilizados como soporte cataltico para la sntesis de Fischer- Tropsch.EspecficosDeterminar el efecto de la relacin catecol/ catalizador de polimerizacin sobre las propiedades texturales de los aerogeles de carbono.Sintetizar catalizadores de cobalto soportados en los aerogeles de carbono.Evaluar los catalizadores de cobalto soportados sobre aerogeles de carbono en la hidrogenacin de monxido de carbono.
PREPARACIN DE AEROGELES DE CARBONO COMO SOPORTE CATALTICO PARA LA HIDROGENACIN DE MONXIDO DE CARBONONorberto Vera HincapieTesis de Maestra. Departamento de Qumica
10Objetivos
Es un sistema fsico formado por dos o ms fases, donde generalmente sobre una fase continua, normalmente fluida, coexiste otra dispersa en forma de partculas, por lo general slidas.1 Propiedades:Movimiento BrownianoAdsorcin Carga Elctrica
PREPARACIN DE AEROGELES DE CARBONO COMO SOPORTE CATALTICO PARA LA HIDROGENACIN DE MONXIDO DE CARBONONorberto Vera HincapieTesis de Maestra. Departamento de Qumica
11IntroduccinQu es un coloide??Suspensin estable de partculas slidas coloidales en un medio lquido.2-200 nm; 100 ~110 tomos por partculaMedio lquido: agua, alcohol,Partculas slidas: macromolculas, pequeas partculas de almina,.
PREPARACIN DE AEROGELES DE CARBONO COMO SOPORTE CATALTICO PARA LA HIDROGENACIN DE MONXIDO DE CARBONONorberto Vera HincapieTesis de Maestra. Departamento de Qumica
12IntroduccinQu es un sol??Es un sistema coloidal donde la fase continua es slida y la dispersa es lquida. Presentan una densidad similar a los lquidos, pero su estructura se asemeja ms a la de un slido.
PREPARACIN DE AEROGELES DE CARBONO COMO SOPORTE CATALTICO PARA LA HIDROGENACIN DE MONXIDO DE CARBONONorberto Vera HincapieTesis de Maestra. Departamento de Qumica
13IntroduccinQu es un gel??
La fase slida de los geles forma una red tridimensional que atrapa lquido en su interior.Disolvente: Hidrogel/alcogelGel Seco: Aerogel/XerogelAl remplazar el lquido del gel por un gas es posible crear aerogeles..Siempre y cuando se pueda mantener razonablemente la estructura tridimensional del slido.
PREPARACIN DE AEROGELES DE CARBONO COMO SOPORTE CATALTICO PARA LA HIDROGENACIN DE MONXIDO DE CARBONONorberto Vera HincapieTesis de Maestra. Departamento de Qumica
14IntroduccinQu es un aerogel??
Son materiales con propiedades excepcionales como: densidades muy bajas, buena resistencia mecnica y flexibilidad, elevada porosidad y excelente aislamiento trmico.PREPARACIN DE AEROGELES DE CARBONO COMO SOPORTE CATALTICO PARA LA HIDROGENACIN DE MONXIDO DE CARBONONorberto Vera HincapieTesis de Maestra. Departamento de Qumica
15IntroduccinTipos AerogelesAerogeles InorgnicosPrecursores son molculas inorgnicasTetraetil ortosilicato (TEOS), Silazanos (Si3N3).
Aerogeles OrgnicosPrecursores son molculas orgnicasFenoles, formaldehido.PREPARACIN DE AEROGELES DE CARBONO COMO SOPORTE CATALTICO PARA LA HIDROGENACIN DE MONXIDO DE CARBONONorberto Vera HincapieTesis de Maestra. Departamento de Qumica
16IntroduccinAerogeles Inorgnicos
Flexibilidad: Fuerza mecnica de un aerogel de slice sintetizado a partir de metil trimetilsiloxano.Una pieza de 2g soporta un peso de 2,5 Kg.
Super aislantesPREPARACIN DE AEROGELES DE CARBONO COMO SOPORTE CATALTICO PARA LA HIDROGENACIN DE MONXIDO DE CARBONONorberto Vera HincapieTesis de Maestra. Departamento de Qumica
17IntroduccinAerogeles OrgnicosSon materiales relativamente recientes, primera referencia aparece en 1988.Richard W. Pekala
US4873218- Low density, resorcinol-formaldehyde aerogelsn solicitud US19880199404 (1988-05-26)
Journal of Materials Science, 24 (9), 32213227. 1989PREPARACIN DE AEROGELES DE CARBONO COMO SOPORTE CATALTICO PARA LA HIDROGENACIN DE MONXIDO DE CARBONONorberto Vera HincapieTesis de Maestra. Departamento de Qumica
18IntroduccinAerogeles de CarbonoPrimera publicacin aparece en 1989.
PREPARACIN DE AEROGELES DE CARBONO COMO SOPORTE CATALTICO PARA LA HIDROGENACIN DE MONXIDO DE CARBONONorberto Vera HincapieTesis de Maestra. Departamento de Qumica
19IntroduccinAerogeles de CarbonoTogether some advantages as purity and homogeneity, the carbon gel chemical composition, microstructure and physical properties can be tailored at the nanometer scale, giving rise to unique optical, thermal, acoustic, mechanical and electrical properties.(Michio Inagaki , Ljubisa R. Radovic. Carbon 40 (2002) 2263 2284)Los aerogeles de carbono se comportan como tpicos materiales carbonosos, pero presentan algunas ventajas:PREPARACIN DE AEROGELES DE CARBONO COMO SOPORTE CATALTICO PARA LA HIDROGENACIN DE MONXIDO DE CARBONONorberto Vera HincapieTesis de Maestra. Departamento de Qumica
20IntroduccinHidrogenacin de monxido de carbonoPREPARACIN DE AEROGELES DE CARBONO COMO SOPORTE CATALTICO PARA LA HIDROGENACIN DE MONXIDO DE CARBONONorberto Vera HincapieTesis de Maestra. Departamento de Qumica
21IntroduccinHidrogenacin de monxido de carbonoCarbonizacin1. Mezcla reactivos2. GelificacinPREPARACIN DE AEROGELES DE CARBONO COMO SOPORTE CATALTICO PARA LA HIDROGENACIN DE MONXIDO DE CARBONONorberto Vera HincapieTesis de Maestra. Departamento de Qumica
22Parte ExperimentalEsquema generalPreparacin AGCAeorgeles catecol-formaldehidoAerogeles mezcla fenolesAGCAGCmAGCModificadosC-AGCTratamientooxidativoImpregnacin cobaltoCarbonizacinEnsayo catalticoIsotermas adsorcin N2Isotermas adsorcin N2 y CO2Microscopa electrnica de barridoIsotermas adsorcin N2 y CO2Microscopa electrnica de barridoPunto de carga ceroDesorcin a temperatura programadaIsotermas adsorcin N2 Difraccin rayos XEspectroscopia fotoemisin rayos XMicroscopa electrnica de transmisinIsotermas adsorcin N2 y CO2Microscopa electrnica de barridoMicroscopa electrnica de transmisinDifraccin de rayos XEspectroscopia de fotoemisin de rayos XCatalizadores pos reaccinIsotermas adsorcin N2MuestraC (mol)R (mol)mC (mol)P (mol)Catalizador (mol) x 10-3 ColorP200,112H2C2O45,6 NegroP400,112H2C2O42,8NegroP1000,112H2C2O41,4Caf oscuroP3000,112H2C2O40,56Caf oscuroRC0,0560,056Co(CH2COO)29,9Rojo oscuroRmC0,0560,056Co(CH2COO)2
9,8NaranjaRP*0,0280,028Co(CH2COO)2
5,7NegroPREPARACIN DE AEROGELES DE CARBONO COMO SOPORTE CATALTICO PARA LA HIDROGENACIN DE MONXIDO DE CARBONONorberto Vera HincapieTesis de Maestra. Departamento de Qumica
23Parte ExperimentalPreparacin aerogeles de carbonoAGCAGCmTabla 1. Recetas aerogeles orgnicos.C: catecol; R: resorcinol; mC: m-cresol; P: fluoroglucinol. Formaldehido 0,224 moles, RP 0,112. Total agua AGC 26,7 mL, AGCm 17,1 mL.PREPARACIN DE AEROGELES DE CARBONO COMO SOPORTE CATALTICO PARA LA HIDROGENACIN DE MONXIDO DE CARBONONorberto Vera HincapieTesis de Maestra. Departamento de Qumica
24Parte ExperimentalPreparacin aerogeles de carbono
Monmero Catalizador polimerizacin Formaldehido Disolvente Moldes
Gelacin y curado(t, T)Cambio Disolvente(Acetona)
Secado CO2 SC.
Carbonizacin y Activacin(t, T, agente activante,..)Aerogel de Carbono
1da 293 K, 2 das 323 K, 5 das 353 KN2PREPARACIN DE AEROGELES DE CARBONO COMO SOPORTE CATALTICO PARA LA HIDROGENACIN DE MONXIDO DE CARBONONorberto Vera HincapieTesis de Maestra. Departamento de Qumica
25Parte ExperimentalPreparacin Aerogeles de carbono
+
2
+
Aerogel OrgnicoAerogel de CarbonoCompuestos PrecursoresCatecol sustituidoSolClusters de partculas primariasGelComienzo ReaccinFormacin SolGelacinSecadoPREPARACIN DE AEROGELES DE CARBONO COMO SOPORTE CATALTICO PARA LA HIDROGENACIN DE MONXIDO DE CARBONONorberto Vera HincapieTesis de Maestra. Departamento de Qumica
26Parte ExperimentalAerogeles carbono modificados
AGC
Molturan
Tamizan < 100 mTratamiento H2O2 (9,8 M)1 g AGC / 10 mL 48 h298 KAgitacinTratamiento (NH4)2S2O8 (Sln. Sat. H2SO4 1 M)1 g AGC / 10 mL 48 h298 KAgitacinMateriales PHMateriales Per
PREPARACIN DE AEROGELES DE CARBONO COMO SOPORTE CATALTICO PARA LA HIDROGENACIN DE MONXIDO DE CARBONONorberto Vera HincapieTesis de Maestra. Departamento de Qumica
27Parte ExperimentalPreparacin catalizadores
AGC
Molturan
Tamizan < 100 mTratamiento H2O2 (9,8 M)1 g AGC / 10 mL 48 h298 KAgitacinTratamiento (NH4)2S2O8 (Sln. Sat. H2SO4 1 M)1 g AGC / 10 mL 48 h298 KAgitacinMateriales PHMateriales Per
PREPARACIN DE AEROGELES DE CARBONO COMO SOPORTE CATALTICO PARA LA HIDROGENACIN DE MONXIDO DE CARBONONorberto Vera HincapieTesis de Maestra. Departamento de Qumica
28Parte ExperimentalCaracterizacin AGCIsotermas de Adsorcin de N2 a 77 KModelo BET (SBET)Modelo DR (SDR, Smic, E0, W0(N2), L0)Regla de Gurvitch (V0.95)Modelo QSDFT (Distribucin de poros)Isotermas de Adsorcin de CO2 a 273 KModelo DR (Smic, W0(CO2), L0)Micrografa Electrnica de Alta ResolucinMorfologa
PREPARACIN DE AEROGELES DE CARBONO COMO SOPORTE CATALTICO PARA LA HIDROGENACIN DE MONXIDO DE CARBONONorberto Vera HincapieTesis de Maestra. Departamento de Qumica
29IntroduccinAerogeles Inorgnicos