Estudio teórico-experimental de la adsorción y reducción catalítica de SO2 sobre Cr2O3/Al2O3 en presencia de CH4 a altas temperaturas

Resumen: Los óxidos de azufre y nitrógeno son liberados al aire desde el escape de vehículos motorizados, de la combustión del carbón, petróleo, o gas natural, y durante procesos tales como la soldadura al arco, galvanoplastía, grabado de metales y detonación de dinamita. Además, son empleados en la...

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Detalles Bibliográficos
Autores principales: Coria, Ignacio Daniel, Carattoli, Oscar, Hernández Guiance, Sabrina N., Hamann, Diana
Formato: Artículo
Lenguaje:Español
Publicado: Universidad Católica Argentina. Facultad de Química e Ingeniería "Fray Rogelio Bacon". Departamento de Investigación Institucional 2019
Materias:
REACCION QUIMICA
CATALISIS
ADSORCION
DIOXIDO DE AZUFRE
NITROGENO
ESPECTROMETRIA
INGENIERIA QUIMICA
Acceso en línea:https://repositorio.uca.edu.ar/handle/123456789/5378
Aporte de:
Repositorio Institucional de la Universidad Católica Argentina (UCA) de Universidad Católica Argentina
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Estudio teórico-experimental de la adsorción y reducción catalítica de SO2 sobre Cr2O3/Al2O3 en presencia de CH4 a altas temperaturas
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description Resumen: Los óxidos de azufre y nitrógeno son liberados al aire desde el escape de vehículos motorizados, de la combustión del carbón, petróleo, o gas natural, y durante procesos tales como la soldadura al arco, galvanoplastía, grabado de metales y detonación de dinamita. Además, son empleados en la producción de lacas, tinturas y otros productos químicos, como combustibles para cohetes, en la nitrificación de compuestos químicos orgánicos y en la manufactura de explosivos. Debido a la amplia aplicación en estas producciones industriales, estos óxidos constituyen dos de los gases más importantes toxicológicamente. Cuando entran en contacto con la atmósfera, son degradados rápidamente al reaccionar con otras sustancias químicas, que por acción de la luz solar lleva a la formación de ácidos sulfúricos y nítricos, principales constituyentes de la lluvia ácida. Por otra parte, estos óxidos reaccionan con la luz solar formando de ozono, y smog en el aire. Respecto a los efectos que producen en los seres vivos, niveles bajos en aire pueden irritar los ojos, la nariz, la garganta, los pulmones, y posiblemente causar tos y una sensación de falta de aliento, cansancio y náusea. La exposición de animales preñados a los óxidos de azufre y nitrógeno ha producido efectos tóxicos en los fetos, además de alteraciones en el material genético de células de animales.1 Por estos motivos, es de gran importancia desarrollar una tecnología que los elimine en forma económica, eficiente, y de bajo impacto al medio ambiente, la cual se compone principalmente, del catalizador Cr2O3/Al2O3. Para llevar a cado este trabajo, se realizaron espectros de desorción programada del SO2, con el propósito de determinar energías de activación de procesos de desorción. Esta información se comparó con cálculos teóricos, basados en DFT (Density Functional Theory) y generados en el seno del Grupo de Sistemas Complejos, con el propósito de determinar los sitios preferenciales de adsorción del SO2. Se analizó experimentalmente la posible competencia por sitios de adsorción con otros gases como oxígeno. Se determinaron los sitios preferenciales de adsorción de Sº y la posible competencia con SO2 experimentalmente y por cálculos basados en DFT. Bajo condiciones estequiométricas actualmente se investiga la reacción de reducción del SO2, en presencia de hidrocarburos (principalmente CH4) y de O2 en función de la temperatura, con el fin de determinar la constante de velocidad de la reacción. Finalmente, en presencia de aire, se analizará la influencia del oxígeno sobre esta reacción. Con el propósito de estudiar variaciones en la eficiencia del catalizador se realizarán ciclos de adsorción y desorción en atmósfera inerte y en presencia de oxígeno (suministrado por una corriente de aire). Además, se prevé hallar las energías de activación de la reacción global y reacciones intermedias, la tasa de producción de CO2 dependiendo de las condiciones de experimentación, el balance de masa de carbono entre productos y reactivos, y el porcentaje de conversión CH4 a CO2, el cual a nivel ambiental tiene un poder de efecto invernadero 21 veces menor que su reactivo. Se continuará con los trabajos teóricos dentro del estudio de la adsorción disociativa de CH4 sobre Cr2O3 con O2 previamente adsorbido, en estado molecular y en estado disociativo, y con SO2 adsorbido previamente. Se investigará además la adsorción de CO, para hallar la energía de adsorción con la superficie y la estabilidad de las configuraciones optimizadas. Paso siguiente, se estudiará su interacción con un átomo de oxígeno coadsorbido y la posible formación de CO2. Otra alternativa es que el CO sea adsorbido en forma inestable, por lo que un porcentaje de CO podría desorberse sin formar CO2 o quedar adsorbido por algún tiempo y llegar a envenenar la superficie. Se investigará la disociación de SO2, de O2 y de CH4 adsorbidos en forma individual. Se calcularan las energías de activación para la disociación parcial y total de la molécula SO2 adsorbida. Se calculara la energía de activación para la disociación de la molécula O2 adsorbida inicialmente en forma molecular. El objetivo de estudiar diferentes configuraciones geométricas para el sistema CH4 disociado en Cr2O3 es hallar una energía de adsorción menor que la obtenida para este mismo sistema con el adsorbato sin disociar. Siguiente a esta etapa, se coadsorberá O2 para estudiar la posible formación de CO2.

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