Efecto del tamaño de partícula y el soporte en la hidrogenación de CO2 sobre catalizadores de Cu/Ce/TiO2.
| dc.contributor.advisor | Karelovic Burotto, Alejandro | es |
| dc.contributor.author | Ortuya Cisternas, Carolina Paz | es |
| dc.date.accessioned | 2025-04-28T15:43:44Z | |
| dc.date.available | 2025-04-28T15:43:44Z | |
| dc.date.issued | 2025 | |
| dc.description | Tesis presentada para optar al título de Ingeniera Civil Química | es |
| dc.description.abstract | El enfoque prometedor de utilizar CO2 capturado e hidrógeno verde para sintetizar metanol constituye una solución para mitigar las negativas consecuencias ambientales de utilizar combustibles fósiles como fuentes de energía. Esta idea requiere del desarrollo de catalizadores heterogéneos que permitan optimizar la actividad y estabilidad del sistema catalítico. En este trabajo se estudian catalizadores de Cu/TiO2 promovidos por CeO2 para la síntesis de metanol vía hidrogenación de CO2. Específicamente se investiga el efecto de variar el tamaño de la partícula de cobre y de utilizar un soporte reducible en la actividad catalítica. Para ello se sintetizan mediante impregnación húmeda modificada dos grupos de catalizadores, uno en donde se varía el contenido de cobre en 0.1, 0.5, 1, 6 y 10 %p/p, manteniendo una razón de promotor 𝑛𝐶𝑒 𝑛𝐶𝑢+𝑛𝐶𝑒 = 0.45, y otro en donde, con la misma razón de promotor, se pretrata en H2 el TiO2 a 500, 600 y 700°C. Las pruebas cinéticas se llevan a cabo en un reactor de laboratorio de lecho fijo a 8 bar, utilizando un flujo de 20 mL∙min-1 de una mezcla de H2 y CO2 en proporción estequiométrica de 3:1. Se realiza un experimento de barrido de temperatura de 220 a 280°C, y un segundo experimento de tiempo de residencia, sólo para el catalizador Cu6CeOx/TiO2-x-500°C, a 260°C y 8 bar con flujos de 10-50 mL∙min-1. Para la caracterización de los catalizadores se utilizan técnicas TEM, XRD y H2-TPR. Los catalizadores se evalúan de acuerdo con la conversión, selectividad, velocidades de reacción, energías aparentes de reacción y TOF. Los resultados indican que la reacción de síntesis de metanol se ve afectada por el contenido de Cu presente en el catalizador. Un mayor tamaño de partícula, hasta 6 %p/p, logra aumentar la conversión y la velocidad de reacción, a diferencia de la reacción RWGS, la cual se ve beneficiada en aquellos catalizadores con menor carga metálica debido a, probablemente, la menor interacción soporte-metal Ti-Cu. Por otro lado, los catalizadores con TiO2 previamente reducidos logran valores más altos de conversión y selectividad cuando la temperatura de reducción es 500°C, mayores temperaturas de pretratamiento del TiO2 disminuyen la actividad catalítica debido a la modificación estructural que sufre el soporte. Al variar el tiempo de residencia se determina que el catalizador Cu6CeOx/TiO2-x-500°C a la misma conversión que Cu6CeOx/TiO2 es 3 veces más activo para la síntesis de metanol, probablemente debido a la formación de un nuevo sitio activo creado por las vacancias de oxígeno disponibles en la titania reducida. | es |
| dc.description.abstract | The promising approach of using captured CO2 and green hydrogen to synthesize methanol constitutes a solution to mitigate the negative environmental consequences of using fossil fuels as energy sources. This idea requires the development of heterogeneous catalysts that allow optimizing the activity and stability of the catalytic system. In this work, Cu/TiO2 catalysts promoted by CeO2 are studied for the synthesis of methanol via CO2 hydrogenation. Specifically, the effect of varying the size of the copper particle and using a reducible support on the catalytic activity is investigated. To do this, two groups of catalysts are synthesized by modified wet impregnation, one where the copper content varies in 0.1, 0.5, 1, 6 and 10 %p/p, maintaining a promoter ratio 𝑛𝐶𝑒 𝑛𝐶𝑢+𝑛𝐶𝑒 = 0.45, and another where, with the same promoter ratio, TiO2 is pretreated in H2 at 500, 600 and 700°C. The kinetic tests are carried out in a fixed bed laboratory reactor at 8 bar, using a flow of 20 mL∙min 1 of a mixture of H2 and CO2 in a stoichiometric ratio of 3:1. A temperature sweep experiment is carried out from 220 to 280°C, and a second residence time experiment is carried out only for the Cu6CeOx/TiO2-x-500°C catalyst, at 260°C and 8 bar with flows of 10-50 mL∙min-1. TEM, XRD and H2-TPR techniques are used to characterize the catalysts. The catalysts are evaluated according to conversion, selectivity, reaction rates, apparent reaction energies and TOF. The results indicate that the methanol synthesis reaction is affected by the Cu content present in the catalyst. A larger particle size, up to 6 %p/p, achieves higher conversion and reaction rate, unlike the RWGS reaction, which is benefited in those catalysts with lower metal loading, probably due to the lower Ti-Cu support-metal interaction. On the other hand, catalysts with previously reduced TiO2 achieve higher conversion and selectivity values when the reduction temperature is 500°C, higher temperatures decrease the catalytic activity due to the structural modification suffered by the support. By changing the residence time it is determined that the Cu6CeOx/TiO2-x-500°C catalyst at the same conversion as Cu6CeOx/TiO2 is 3 times more active for methanol synthesis probably due to the formation of a new active site created by the oxygen vacancies available in the reduced titania. | en |
| dc.description.campus | Concepción | es |
| dc.description.departamento | Departamento de Ingeniería Civil Química | es |
| dc.description.facultad | Facultad de Ingeniería | es |
| dc.description.sponsorship | ANID, Proyecto 1221281: “Intrinsic kinetics and surface site requirements for CO2 hydrogenation to methanol on Ce and La promoted catalysts" | en |
| dc.identifier.uri | https://repositorio.udec.cl/handle/11594/12598 | |
| 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 | Catalizadores | es |
| dc.subject | Hidrogenación | es |
| dc.subject | Partículas | es |
| dc.subject.ods | INDUSTRIA, innovación, infraestructura | es |
| dc.title | Efecto del tamaño de partícula y el soporte en la hidrogenación de CO2 sobre catalizadores de Cu/Ce/TiO2. | es |
| dc.type | Thesis | en |