1) Se sintetizaron y caracterizaron una serie de catalizadores de óxidos mixtos de cobre, manganeso y cerio soportados en Al2O3 para la oxidación catalítica del tolueno. 2) Los resultados mostraron que las mezclas binarias 10CuO-60MnO, 30MnO-50CeO2 y 15CuO-75CeO2 tuvieron una mejor actividad catalítica que los óxidos individuales, oxidando completamente el tolueno a aproximadamente 280°C. 3) La mejora en el rendimiento de los

1. INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA QUIMICA
E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS
LABORATORIO DE:
INGENIERIA DE REACTORES I
OXIDACIÓN CATALITICA DEL TOLUENO EN MEZCLAS DE
COBRE MANGANESO Y OXIDOS DE CERIO COMPATIBLES CON
γ-Al2O3
INTEGRANTES:
GOMEZ CRUZ JULIETA
MENDOZA FLORES YESENIA
MORALES ESPINOSA CESAR ARTURO
NARANJO JUAREZ ROSARIO

2. Los catalizadores fueron sintetizados por el método de
impregnación que se caracteriza respecto a su superficie física
(método BET), composición de fase y tamaño de cristales
(técnica RDX), reductibilidad (H2-TPR) y la desorción/adsorción
del Tolueno (TPD seguido por TPO)
Los resultados obtenidos con una alimentación de 1000 ppm
de Tolueno en el aire mostraron que el comportamiento de
catalizadores de oxido mixtos puede mejorar mediante la
selección apropiada del oxido de metal MxOy
La actividad intrínseca de catalizadores optimizados medida
bajo diferentes condiciones de reacción se encontró que era
mayor a sus contrapartes de un solo componente, esto es
atribuido a la mejor dispersión de las fases activas MxOy.
Se concluye que la actividad de oxidación de los COV Al2O3
apoyado por catalizadores de óxidos mixtos es determinado por
el potencial de reducción de las fases dispersas activas que se
controla mediante la selección adecuada de MxOy, la carga y su
composición.

3. Compuestos orgánicos volátiles (COV)
GRANDES PROBLEMAS DEL MEDIO
AMBIENTE TALES COMO:
La formación de ozono fotoquímico, global
calentamiento global y el agotamiento del ozono
estratosférico
SE HA PROPUESTO PARA EL CONTROL DE
LAS EMISIONES DE COV :
La oxidación catalítica que es probablemente
el
método más eficaz para la eliminación
destructiva de bajas concentraciones
de compuestos orgánicos volátiles en grandes
volúmenes de aire

4. PROFUNDOS
" la oxidación de
compuestos orgánicos
volátiles en corrientes
de aire”
El apoyo o no se admite catalizadores de metales nobles
(fundamentalmente Pt y Pd).
 De metales de transición basados en óxidos catalizadores.
Catalizadores de metales nobles se caracterizan por una buena
estabilidad y alta actividad en relativamente las bajas
temperaturas.

5. Una variedad de formulaciones de metal catalizador de óxido han
sido evaluadas para la oxidación de compuestos orgánicos volátiles
de profundidad , incluyendo:
• CuOx
• MnOx
• CeOx
• NIOx
• CoOx
• MoOx
• ZrOx
• Crox
• Vox
• FeOx
• y sus mezclas binarias
La actividad de estos materiales para completar la oxidación de compuestos
orgánicos volátiles se ha encontrado a depender de la naturaleza y la morfología
de la ayuda y del tipo de VOC investigado
estas dependencias se han explicado al considerar que diferentes activos sitios
pueden estar involucrados en la oxidación de compuestos orgánicos volátiles
diferentes y que la reacción puede verse afectada sensiblemente por la
electrónica y geométrica efectos entre los componentes del catalizador. Por lo
general, cree que la oxidación de los hidrocarburos se lleva a cabo a través de
una redox mecanismo en el que la tasa de paso determinante es la extracción
de oxígeno del óxido de metal .

6. Catalizador de la preparación y caracterización
Alúmina .- catalizadores soportados de óxido de metal de carga variable
y la composición se prepararon por impregnación de la superficie de alta
-Al2O3 en polvo en una solución acuosa que contienen cantidades conocidas de Cu
(NO3) 2 bis · 3H2O, Mn (NO3) 2A · xH2O y / o Ce (NO3) 3 ° 6H2O, siguiendo un
procedimiento:
El soporte impregnado se
calienta con agitación
continua a 70°C
Para
Evaporar el agua
se seca a
110 °C durante
24 horas
Se calcina durante:
2 horas a una temperatura
de 450 °C.

7. Reducción a
temperatura:
programada
(TPR),
desorción
(TPD)
y la
oxidación
(TPO).
Los experimentos se llevaron a cabo
mediante un experimento típico TPD,
una cantidad de catalizador (30 mg) en
forma de polvo fue colocado en un
micro reactor cuarzo y pre- oxidado a
300 ◦ C con una mezcla que fluye
O2/He 3% durante 30 minutos. La
muestra se calentó en El flujo a 500 ◦
C para 15 minutos para eliminar las
especies adsorbidas en la superficie del
catalizador, y posteriormente a
temperatura ambiente. Conectado en
línea para la salida del reactor. Se inició
con una velocidad de calentamiento de =
30 ◦ C min-1 y los patrones de TPD de
las especies de desorción se registraron
con el uso de un espectrómetro.

8. Efectos de la carga MxOy y la composición de
catalizador
Los resultados obtenidos durante los catalizadores de
óxidos mixtos se resumen en la grafica 1, donde la
conversión de tolueno (Xtol) obtenido
más de Al2O3- apoyado con Cu-Mn, Ce-Mn y Cu-Ce
catalizadores de óxido de carga MxOy variable y
composición se representa como una función de la
temperatura de reacción conversión de tolueno, cuyas
curvas obtenidas durante el seleccionado de catalizadores
de óxidos que también se muestra, para la comparación
en todos los casos, la selectividad de CO2 fue de 100%.

9. Los resultados de la figura.
1 muestran que la adecuada
selección
de carga y la composición
de la mezcla catalizadores
de óxido de metal
compatible con Al2O3
conduce a materiales con
mejores catalizadores
rendimiento para la
oxidación de tolueno.
Los resultados óptimos
obtenidos para 10CuO-
60MnO (Fig. 1A), 30MnO-
50CeO2 (Fig. 1B)
y 15CuO-75CeO2 (Fig. 1C)
catalizadores que son
capaces de oxidar
completamente tolueno
a temperaturas de
alrededor de 280 ◦ C.

10. Esta temperatura es
significativamente
inferior al obtenido en
nuestro estudio anterior
sobre la forma óptima
catalizadores de óxido de
carga única, es decir, un
40% MnO/Al2O3 (340 ◦
C), el 90%
CeO2/Al2O3 (380 ◦ C)
y el 5% CuO/Al2O3
(360 ◦ C), en las mismas
condiciones experimentales

11. (a)una superficie específica, que se calcula con el método BET.
(b) El tamaño de los cristalitos de la dispersión de las fases primaria MxOy estimado a partir de la línea de
difracción de rayos X .
(c) tasa de oxidación de tolueno de CO2 a 315 ◦ C.
(d) energía de activación aparente de la reacción de oxidación del tolueno.
(e) MxOy no detectó reflexiones por DRX.
(f) tamaño de partícula no estimado (ne), debido a la baja intensidad de los picos de difracción de rayos X
correspondiente.

12. La adición de CuO mejora significativamente la actividad catalítica, y
la conversión el mejor desempeño de 15CuO-75CeO2 supera el 96%
a 280°C .
Es de interés señalar que el auto-apoyo 5CuO-95CeO2 catalizador,
que no contenía ninguna Al2O3, mostró el peor desempeño entre este
conjunto de catalizadores de óxido mixto. Esto significa el efecto
beneficioso de la Al2O3 , que proporciona la alta superficie necesaria
para la dispersión superficial de las catalíticamente fases activas de
óxido.
Se observa que el patrón de difracción de rayos X de 10CuO (Fig. 2A) contiene sólo reflexiones características
de la ayuda Al2O3, lo que indica que el cobre está presente como una fase de superficie bien dispersas

13. Las intensidades de los picos de este último aumento apreciable para la muestra 60MnO (Fig. 2A), lo que indica que el aumento de
contenido de óxido de manganeso favorece la formación de Mn2O3. Esto se debe en acuerdo con estudios previos que
demostraron que la relación entre MnO2 y Mn2O3 fases depende de la carga y MnOx dispersión
Resultados cualitativamente similares se obtuvieron en los mixtos
30MnO-50CeO2 catalizador (Fig. 3B),
En cuanto al catalizador 15CuO-75CeO2, presenta una mayor actividad
15CuO que en el intervalo de temperaturas investigados y es más
activo que 75CeO2 catalizador por encima de 280 ◦ C (Fig. 3C). Difracción de rayos X
de el catalizador de óxido mixto muestra que la fase de óxido de cobre esta muy
dispersa y el CeO2 existe en la forma de cristales muy pequeños (Tabla 1). Por lo
tanto, la mayor actividad de los catalizadores de óxidos mixtos puede estar relacionado
con el tamaño de los cristales más pequeños de la dispersión de fases de MxOy.

15. la reducción de los catalizadores CuOx/Al2O3 depende del grado de
cristalinidad y de la partícula primaria, del tamaño de las fases de
óxido de cobre que, a su vez, dependen de CuOx de carga y
dispersión.
Resultados de los experimentos de DRX se mostró que el
catalizador 60MnO contiene principalmente MnO2 en pequeñas
cantidades de Mn2O3. Por lo tanto, el doblete observado en el H2-
TPR espectro puede atribuirse a una reducción de dos pasos de MnO2
a través de Mn2O3/Mn3O4 a MnO.
Los resultados presentados indican que la actividad de los
catalizadores de un solo-óxido y oxido- mixto para la oxidación total
de tolueno puede estar correlacionado con el potencial de reducción de
la dispersión de la especie MxOy, es decir, cuanto mayor sea el
potencial de reducción del MxOy, mayor será la actividad del
catalizador en la reacción del titulo.

16. La capacidad de adsorción del tolueno del catalizador oxido solo y
mixto, y las características de desorción del tolueno se han
investigado con el uso de la temperatura programada, técnica de
desorción (TPD).
Las cantidades de especies detectadas en la fase gaseosa durante
TPD y posteriores experimentos TPO están listados en la siguiente
tabla.

17. La Desorción de tolueno va acompañada de cantidades
relativamente pequeñas de CO2 (6.5_mol g-1), principalmente a
temperaturas superiores a 600°C. La producción de CO2 se puede
atribuir a la oxidación de los depósitos de carbono a la izquierda de
Al2O3 en la superficie durante TPD.
la actividad de los catalizadores de óxido mixto para la oxidación de
tolueno pueden ser relacionados a la mayor reactividad del oxígeno
arraigado de las fases de MxOy o, equivalente, a su potencial de
reducción más alto, que también se manifiesta en los resultados de
la TPR
Una ventaja de los catalizadores de óxido mixto es su capacidad
para mantener relativamente libre de carbono superficies
bajo condiciones de reacción, que es un requisito previo selectivo,
para la oxidación de compuestos orgánicos volátiles a temperaturas
de reacción bajas.

19. La actividad catalítica para la oxidación de tolueno de una serie de
mezclas binarias de cobre, óxidos de manganeso y de cerio compatible
con una gran superficie de área Al2O3 se ha investigado en
comparación a la de los materiales de un solo componente y se
correlacionó con las características físico-químicas de los óxidos
metálicos en fases dispersas (MxOy) .
Los resultados muestran que la selección adecuada de la carga y
composición de los catalizadores de óxido mixto puede dar lugar a
materiales con un mejoramiento significativo en el comportamiento
catalítico, en comparación con la de óxidos simples.
Los resultados óptimos se han obtenido para los catalizadores
10CuO-60MnO,30MnO-50CeO2 y 15CuO-75CeO2 que, bajo las
presentes condiciones experimentales, es capaz de oxidar por completo
al tolueno a una temperatura de alrededor de 280 ⁰C, es decir,
considerablemente más bajo que los correspondientes a los
catalizadores de óxido de un solo componente.

20. Los resultados de la caracterización de catalizadores revelan que la
mejora en el rendimiento de los catalizadores de óxidos mixtos no se
debe a la formación de soluciones sólidas o nuevas fases de mezcla de
óxidos, es debido a la fácil difusión de una especie MxOy sobre el
otro. Esto previene la formación de
de los cristales de MxOy grandes y los resultados en los materiales
con mayor superficie activa, que se caracteriza por la presencia de una
gran dispersión de fases de óxido con una disminución de la
cristalinidad y / o un cristalito de medio tamaño.
La actividad de los catalizadores de óxidos mixtos para la oxidación de
tolueno generalmente inhibida en presencia de propano o de agua en la
alimentación, posiblemente la mayoría debido a la competencia de los
sitios activos mismos.
El alcance de esta inhibición depende de la naturaleza de la dispersión
de óxidos metálicos. En particular, el catalizador 10CuO-60MnO es la
muestra mas activa para la oxidación de la mezcla de propano
tolueno, mientras que el catalizador 30MnO-50CeO2 no se ve
afectado, en la práctica, por la presencia
de hasta un 5% H2O en la alimentación.

21. En general, los resultados del presente estudio demuestran que la
mezcla de
catalizadores de óxido dispersas sobre un soporte de gran superficie,
como
-Al2O3, se puede utilizar para la combustión de compuestos
orgánicos volátiles en el aire relativamente a bajas temperaturas. La
actividad de estos materiales está determinada por su potencial de
reducción, que puede ser controlada mediante la selección apropiada de
MxOy, la naturaleza, la carga y la composición.

22. Nombre de la técnica: TPD
Para que determinaciones y en que materiales puede
emplearse:
En un experimento típico TPD, una cantidad de
catalizador en forma de polvo fue colocado en un
micro reactor . Los patrones de TPD de las especies
de desorción se registraron con el uso de un
espectrómetro amasar (Omnistar, Pfeiffer Vacuum)
conectado en línea a la salida del reactor.
Otra técnica que proporcione la misma información:
A temperatura programada (TPD, TPO, TPR),
Reducción a temperatura programada (TPR),
desorción (TPD) y la oxidación (TPO).