Estudio del efecto promotor de Zr y Ga sobre catalizadores de cobre en la hidrogenación de CO2 para la síntesis de metanol.
| dc.contributor.advisor | Karelovic Burotto, Alejandro Iván | es |
| dc.contributor.advisor | Bustamante Betancur, Tatiana María | es |
| dc.contributor.author | Tauler Mardones, Ignacio Alfonso | es |
| dc.date.accessioned | 2026-06-09T18:35:33Z | |
| dc.date.available | 2026-06-09T18:35:33Z | |
| dc.date.issued | 2025 | |
| dc.description | Tesis presentada para optar al título de Ingeniero/a Civil Químico/a. | es |
| dc.description.abstract | El calentamiento global impulsado por la emisión de gases de invernadero (GEI) representa un desafio crítico. En este contexto, la captura y utilización del CO2, el principal GEI, se ha desarrollado como una estrategia atractiva para disminuir su contenido en la atmósfera. Uno de sus usos prometedores es la síntesis de metano!, un intermediario clave en la producción de compuestos valiosos. Actualmente, el metano] se obtiene principalmente mediante gas de síntesis proveniente de recursos fósiles, siendo una alternativa sustentable avanzar hacia la hidrogenación de CO2 capturado, utilizando además H2 verde. Sin embargo, un desafio clave es desarrollar un catalizador óptimo para esta reacción, ya que el actual catalizador comercial presenta una selectividad deficiente y bajo rendimiento a largo plazo. En este estudio, se analizó el efecto de la adición de los promotores Gay Zr a catalizadores Cu/TiO2, los cuales han demostrado resultados prometedores en la síntesis de metanol. Los catalizadores fueron sintetizados mediante impregnación húmeda modificada con trietanolamina y contienen un 6% en peso de cobre y un contenido variable de promotor (P) según la relación molar oc=P/(P+Cu), con valores de O, 0.1O, 0.22, 0.35 y 0.49 para los catalizadores con Zr y O, 0.081, 0.18, 0.29 y 0.43 para los promovidos por Ga. Las pruebas cinéticas se llevaron a cabo en un reactor tubular de laboratorio, operando a 8 bar y cuatro temperaturas diferentes (220, 240, 260 y 280 ºC) con un flujo de H2 y CO2 en una razón molar de 3: l. Los catalizadores fueron caracterizados mediante las técnicas de XRD, TEM, H2-TPR con quimisorción de N2O y HR-TEM con STEM-EDS para ciertos catalizadores. Los catalizadores promovidos con Zr exhibieron una mejora en la actividad catalítica, destacando especialmente la selectividad que alcanzó un máximo de 75%. Este resultado se correlaciona con la presencia de la fase amorfa del ZrO2, caracterizada por su alta área superficial y con una elevada dispersión del cobre, siendo esenciales para una mayor área interfacial del catalizador. Por otro lado, los catalizadores promovidos por Ga mostraron una mejora progresiva en la selectividad atribuida al incremento en la velocidad de formación de metano! y la disminución de la producción de CO. Este efecto se atribuye a la formación de islas de Gaüx en la superficie del cobre, lo que genera una mayor área interfacial Cu-Gaüx y bloquea los sitios activos para la formación de CO. Sin embargo, para la mayor concentración de Ga, se observó una caída en la actividad catalítica probablemente debido al encapsulamiento del cobre por parte del óxido de galio, bloqueando el acceso de los reactivos al metal e impidiendo la formación de la interfaz activa. | es |
| dc.description.abstract | Global warming, driven by greenhouse gas (GHG) emissions, represents a critica! challenge. In this context, CO2 capture and utilization, targeting the primary GHG, has emerged asan attractive strategy to reduce its atmospheric concentration. One promising application is methanol synthesis, a key intermediate in the production of valuable compounds. Currently, methanol is primarily produced from syngas derived from fossil resources. A sustainable alternative involves the hydrogenation of captured CO2 using green H2. However, a majar challenge lies in developing an optima! catalyst for this reaction, as the current commercial catalyst exhibits low selectivity and poor long-term performance. In this study, the effect of adding Ga and Zr promoters to Cu/TiO2 catalysts was analyzed, given their promising performance in methanol synthesis. The catalysts were synthesized via modified wet impregnation with triethanolamine and contained 6 wt.% copper, with a variable promoter (P) content defined by the molar ratio oc=P/(P+Cu). For Zr-promoted catalysts, oc values were O, 0.10, 0.22, 0.35, and 0.49, whereas for Ga-promoted catalysts were O, 0.081, 0.18, 0.29, and 0.43. Kinetic tests were conducted in a laboratory-scale tubular reactor operating at 8 bar and four different temperatures (220, 240, 260, and 280 ºC) with a H2/CO2 feed ratio of 3: l. The catalysts were characterized using XRD, TEM, H2-TPR with N2O chemisorption, and HR-TEM with STEM-EDS for selected samples. Zr-promoted catalysts exhibited an enhancement in catalytic activity, particularly in selectivity, reaching a maximum of 75%. This improvement was correlated with the presence of an amorphous ZrO2 phase, characterized by its high surface area and significant copper dispersion, both essential for enhancing the catalyst's interfacial area. Ga-promoted catalysts, a progressive increase in methanol selectivity was observed, driven by an enhanced methanol formation rate anda reduction in CO production. This effect was attributed to the presence of Gaüx islands on the copper surface, which increase the interfacial area and block sites responsible for CO formation. However, at higher Ga loadings, a decline in catalytic activity was observed, likely dueto copper encapsulation by gallium oxide, which hindered reactant access to the metal and prevented the formation of an active interface. | en |
| dc.description.campus | Concepción | es |
| dc.description.departamento | Departamento de Ingeniería Química | es |
| dc.description.facultad | Facultad de Ingeniería | es |
| dc.description.sponsorship | ANID, Proyecto FONDECYT N°1221281. | es |
| dc.identifier.uri | https://repositorio.udec.cl/handle/11594/14123 | |
| dc.language.iso | es | es |
| dc.publisher | Universidad de Concepción | es |
| dc.rights | CC BY-NC-ND 4.0 DEED Attribution-NonCommercial-NoDerivs 4.0 International | en |
| dc.rights.uri | https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | |
| dc.subject | Metanol como combustible | es |
| dc.subject | Hidrogenación | es |
| dc.subject | Dióxido de carbono | es |
| dc.subject.ods | ENERGÍA asequible y sostenible | es |
| dc.subject.ods | Acción CLIMÁTICA | es |
| dc.title | Estudio del efecto promotor de Zr y Ga sobre catalizadores de cobre en la hidrogenación de CO2 para la síntesis de metanol. | es |
| dc.type | Thesis | en |