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Catálisis Catálisis C táli i ht é Catálisis heterogénea

catalisis-clase1

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CatálisisCatálisis

C táli i h t éCatálisis heterogénea

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Silvia Irusta AldereteSilvia Irusta Alderete

@[email protected]

Despacho 1362 (Físicas, 1º planta)

Tutorías: solicitar por mail.p m .

Page 3: catalisis-clase1

Bibliografía:

Concepts of Modern Catalysis and Kinetics. Chorkendorff, I. WeinheimSpectroscopy in catalysis : an introduction. J. W. Niemantsverdrietp py yKinetic of Catalytic reactions, M.A Vannice. (Departamento IQyTMA)The basis and applications of heterogeneous catalysis. Bowker, M.Fine chemicals through Heterogeneous Catalysis Sheldo R Bekkum HFine chemicals through Heterogeneous Catalysis. Sheldo R., Bekkum H.Principes and practice of heterogeneous catalysis. Thomas J., Thomas

W.http://www sfc fr/Material/hrst mit edu/hrs/materials/public/ElecMicrhttp://www.sfc.fr/Material/hrst.mit.edu/hrs/materials/public/ElecMicr

.htmNano Today (2009) 4, 81—95htt // fk /hi t /h i t hthttp://www.pafko.com/history/h_intro.htmhttp://www.petrocat.gr/equipment.htmlhttp://www.americanscientist.org/issues/pub/1998/7/d-bereiners-lighter/1Microporous and Mesoporous Materials 117 (2009) 98–103Journal of Hazardous Materials 161 (2009) 933–940( )

Page 4: catalisis-clase1

Objetivo de la asignatura:Objetivo de la asignatura:

Introducción a los fenómenosIntroducción a los fenómenoscatalíticos heterogéneos:

1) Catalizadores, preparación y1) Catalizadores, preparación ycaracterización.

2) Ejemplos de aplicación.) j p p

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1) Catalizadores preparación y1) Catalizadores, preparación ycaracterización.

• IntroducciónIntroducción

P ó d l d• Preparación de catalizadores

•Caracterización de catalizadores

•Cinética de reacciones catalíticas

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REPASO ¿Qué es la catálisis?

REPASO ¿Qué es la catálisis?

Funcionamiento de nuestros cuerpos.

Producción de materiales plásticos.

Obtención de combustibles.

Eliminación de contaminantes.

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Catálisis casi desde la prehistoria:Catálisis casi desde la prehistoria:

• Elaboración de jabón

• Elaboración de vino y vinagreElaboración de vino y vinagre

L d d l • Levadura del pan

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Como Como empiezaempieza la la catálisiscatálisis

En 1812 Krichhof estudia elcomportamiento del almidón encomportamiento del almidón enagua caliente. Agregando unasgotas de ácido sulfúrico elalmidón se transformaba enalmidón se transformaba englucosa, el ácido permanecíai l dinalterado.

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Como Como empiezaempieza la la catálisiscatálisis

1816 conversión de alcohol a ácido

Johann Wolfgang Dobereiner (1780-1849)

1816, conversión de alcohol a ácido acético en alambre de Pt

H3C-CH2OH + O2 > H3C-COOH 3 2 2 3+ H2O

1832, conversión de alcohol a acetaldehído en alambre de Pt

Producción de H2 a partir de Zn y ácido sulfúrico (25%) iniciando el fuego en la superficie de una esponja de Pt.en la superficie de una esponja de Pt.

- En 5 años se vendieron 20,000 lámparas

The Dobereiner Lighter

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Como Como empiezaempieza la la catálisiscatálisis

Humphry Davy (1778-1829 )

1817 reacción de gas de carbón y oxígeno sobre y galambres de Pt, Pd (activo) y Co, Ag, Au, Fe (no activos)

Desarrollo de lámparas de seguridad para minería..

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Como Como empiezaempieza la la catálisiscatálisis

Michael Faraday (1791-1867)

Estudio de la reacción de hidrógeno y oxígeno en superficies g y g pde platino

These phenomena are "dependent upon natural conditions of gaseous elasticity combined with the attractive forces possessed by many bodiespossessed by many bodies, especially those which are solid"

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Jöns Jakob Berzelius (1779–1848)Como Como empiezaempieza la la catálisiscatálisis

desarrolla el sistema de símbolos químicos y mide pesos atómicosquímicos y mide pesos atómicos

Crea el término CATALISIS

Lo define como :“power” "to awaken affinities, which are asleep at a particular temperature, by their mere presence and not by their own affinity"y

Lo utiliza para explicar la conversión de :de :

* almidón a azúcar en ácido,* descomposición de H2O2 por

metales,metales,* etanol a ácido acético en Pt

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Como Como empiezaempieza la la catálisiscatálisis

Svante August Arrhenius (1859-1927)

P i N b l Q í i 1903 Premio Nobel en Química en 1903

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Como Como empiezaempieza la la catálisiscatálisis

Wilhelm Ostwald (1853-1932)

“Catalysis es la aceleración de una reacción química lenta por la presencia de una sustancia extraña“extraña

La aceleración ocurre sin cambio energético de la situación

Al final de la reacción la sustancia extraña se puede extraer

W. Ostwald, Z. Phys. Chem. 15 (1894) 705-706

Premio Nobel en Química 1909Premio Nobel en Química 1909

"por su trabajo en catálisis y su investigación en los principios que gobiernana el equilibrio químico y lasprincipios que gobiernana el equilibrio químico y las velocidades de reacción"

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Como Como empiezaempieza la la catálisiscatálisis

Paul Sabatier (1854 - 1941)

1902, descubre que la hidrogenación de alquenos es catalizada por Nialquenos es catalizada por Ni

1912, Premio Nobel en Química

"for his method of hydrogenating organic compounds in the presence of finely di i t t d t l h b th fdisintegrated metals whereby the progress of organic chemistry has been greatly advanced in recent years"

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Como Como empiezaempieza la la catálisiscatálisis

Hugh Stott Taylor (1890-1974)

Profesor de Químicafísica en Princeton

Deduce que”sólo una pequeña fracción de la superficie es activa”

La porción de la superficie que es catalíticamente activa depende de la reacción catalizada.

Estabece el concepto de psitios/centros activos

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CatalisisCatalisis Industrial Industrial Primeros catalizadores en la industria

1750 Proceso de las cámaras de plomo H2SO4 NO, NO2

1870 Oxidación de SO2 Pt

1880 Proceso Deacon (Cl2 a partir de HCl) ZnCl2/CuCl2

1885 Proceso Claus (H2S y SO2 a partir de S) Bauxita

1900 Hidrogenación de grasaMetano a partir de gas de síntesis

NiNi

1910 Síntesis de NH3Oxidación de NH3 a ácido nítrico

Fe/KPt

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QuéQué eses un un catalizadorcatalizador??

Una sustancia que aumenta la velocidad de una reacción química (hacia el

equilibrio) pero que no se consume equilibrio) pero que no se consume apreciablemente en la reacción.

Un catalizador no cambia el equilibrio termodinámico, pero puede hacer quetermodinámico, pero puede hacer que

se alcance el equilic¡brio más rapidamente

Casi todos los catalizadores sufren alguna alteración en la reacción.

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¿Cóm f n i n n ¿Cómo funciona un catalizador sólido?catalizador sólido?

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El proceso catalíticoDifusión en fase gas

AdsorciónAdsorción disociativa Difusión

superficial

Adsorción molecular Reacción

superficial

Sitio activop

Desorción soporte del producto

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En En sólidossólidos porososporosospp

Adsorption on nonporous solid

1. Difusión de A a través del gas 2. Difusión de A dentro de los poros

A Bp

3. Adsorción de A -> A(s)4. Reacción superficialA(s) -> B(s)5 D s ción d B(s) > B

Adsorption on porous solid

5. Desorción de B(s) -> B6. Difusión de B hacia la sup.7 Difusión de B a través del filmporous solid7. Difusión de B a través del film

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Ejemplo: oxidación de COj p

O

CO

O2

CO22

++

catalizador

adsorción reacción desorsion

catalizador

¿Que es lo esencial que hace el catalizador?

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El catalizador rompe enlacesEl catalizador rompe enlaces….

……y forma otros

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+A B Prg

y

AB

al

en

ete

nti

a

catalyst

A B

Ppo

t

catalyst

A B

l

Pcatalyst

bonding reaction separationcatalyst

reaction coordinate

Page 26: catalisis-clase1

¿Cómo aumenta la velocidad de ¿Cómo aumenta la velocidad de reacción un catalizadorreacción un catalizadorreacción un catalizadorreacción un catalizador

• Velocidad de reacción

concfkr donde

.)(

RTEaeAk 0

• Dado que la energía de activación disminuye, la velocidad de reacción aumentavelocidad de reacción aumenta

l l l l id d dCalcula cuántas veces aumenta la velocidad de reacción a 350ºC si la energía de activación di i k l/ ldisminuye en 10 kcal/mol.

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Principales características de un catalizadorPrincipales características de un catalizador

• No puede actuar en reacciones• No puede actuar en reaccionestermodinámicamente imposibles.

• No modifica el valor de la constante deequilibrioequilibrio.

• Puede tener un efecto acelerador o un• Puede tener un efecto acelerador o unefecto orientador.

• Permanece inalterado

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¿Qué se le pide a un catalizador?

ACTIVIDADACTIVIDAD

SELECTIVIDADSELECTIVIDAD

ESTABILIDAD

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ACTIVIDAD

Aumento de la velocidad de reacciónAumento de la velocidad de reacción.

TOF (turn over frequency):TOF (turn over frequency):número de moléculas del producto

por número de sitios activospor número de sitios activos.

SELECTIVIDADSELECTIVIDADNúmero de moléculas del productod d lé l d tideseado por molécula de reactivoconvertido.

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Ti s d tálisisTipos de catálisis

1 Catálisis homogénea1. Catálisis homogénea

2. Catálisis heterogénea

3. Catálisis enzimática

Page 31: catalisis-clase1

• Los reactivos y el catalizador se encuentran en la misma fase

1. Catálisis homogénea• Los reactivos y el catalizador se encuentran en la misma fase,sea líquida o gaseosa.

•Se tiene un acceso fácil al mecanismo de reacción.

•Ausencia de envenenamiento.

Desventaja

La dificultad de separar el catalizador del medio reaccionante

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2. Catálisis heterogéneagEl catalizador está en una fase diferente a los

reactivos y los productosreactivos y los productos

•Sólido-gas

•Líquido-gas

•Sólido-líquido

•Sólido-líquido-gas

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2.Catálisis heterogénea

Catalizador Reactivo Ejemplo

g

Catalizador Reactivo Ejemplo

Líquido Gas Polimerización de alquenos q qcatalizada por ácido fosfórico

Sólido Líquido Síntesis de metanol catalizada por q presina aniónica

Sólido Gas Síntesis de amoníaco catalizada porSólido Gas Síntesis de amoníaco catalizada por Fe

Sólido Líquido-gas Hidrogenación de nitrobenceno a anilina catalizada por Pd.

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Ventajas de la catálisis heterogénea

• Es fácil la separación del catalizador deEs fácil la separación del catalizador de la mezcla de reacción

U i t t éUna corriente gaseosa que pasa a través del lecho empaquetado de un catalizador ólid i i iósólido no requiere ninguna separación.

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Ventajas de la catálisis heterogénea

• Permite procesos contínuos con altos flujos de reactivos

Converrtidor catalítico de automóvil: Co ve do c co de u o óv :procesa un volumen de gas de 100.000 veces el volumen del reactor cada hora.

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Ventajas de la catálisis heterogénea

• Se pueden hacer procesos en condiciones extremas

Los catalizadores puede operar deLos catalizadores puede operar de forma estable a cientos de grados centígrados y a cientos de atmósferascentígrados y a cientos de atmósferas.

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Catalizadores sólidosCatalizadores sólidosTipo de sólidos Reacciones Catalizadores

ConductoresHidrogenaciónDeshidrogenaciónHidrólisis

Fe, Ni, Pt, Pd,Ag, Rh, Ru

Hidrólisis

SemiconductoresOxidaciónD hid ió NiO, ZnO, MnO2Semiconductores DeshidrogenaciónDesulfurización

NiO, ZnO, MnO2,Cr2, Cr3, MoO3, MoS2

Aislantes Deshidratación Al2O3, SiO2, MgO

Á id Isomerización H PO H SOÁcidos IsomerizaciónPolimerizaciónCraqueo

H3PO4, H2SO4,zeolitas

qBases Síntesis orgánicas MCM modificadas

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3. Catálisis enzimática

La mayoría de las reacciones queocurren en los sistemas vivos soncatalizadas por proteínas conocidascon el nombre de enzimas.

Estructura cristalina de la

carboxipeptidasa A.

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Importancia económica de la catálisis heterogénea

Productos químicos y alimentos

textil (fibras)PlásticosCrecimiento

d l d y alimentoslást cosMateriales

de construcciónFertilizantes, etc

del mercado3-5 % por año

,

Materiaprima Catalizadoresprima

CombustiblesCalefacción

Costo: 0.1 % del CalefacciónTransporte

Potenciavalor del producto

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Mercado global para catalizadores medioambientales y de energía:2003: $6 400 millones2003: $6.400 millones2009: $13. 000 millones

www.bccresearch.com/report/CHM020B.html

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Obtención de Productos QuímicosObtención de Productos Químicos

M i iMateria prima:

Carbón

Petróleo

Gas naturalGas natural

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P t ólPetróleo

Fraccionamiento

Livianos

GasolinaPesados

Gaso a

Craqueo catalíticoReformado catalíticoLivianos combustibles

Propeno Eteno Butano/eno

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Eteno: Propeno:

• EtanolÓ

• Isopropanol•Óxido de etileno•Propionaldehído

•Polipropileno•Cumeno

•Acetaldehído•Etilbenceno

•Butiraldehído•Ácido acrílico

•Polyetileno•Cloruro de vinilo

•Acrilonitrilo

•Acetato de vinilo

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C t li d tili d l i t Catalizadores utilizados en el procesamiento del petróleo

Proceso Catalizador

Hidrodesulfuración Sulfuros de Mo/Al2O3

Craqueo Al2O3, zeolitas

Hidrocraqueo Pd/zeolitas

Reformado Pt/ Al2O3

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G s n t l: CHGas natural: CH4

C di i i iCondiciones rigurosas para que reaccione:•Reformado•Oxidación•combinación

Se utiliza en la síntesisSe utiliza en la síntesis

A í MetanolAmoníaco Metanol

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Reformado con vapor de aguaCH + H O CO + 3H

• Hornos tubulares

CH4 + H2O CO + 3H2

• Hornos tubulares• Catalizadores de Pt/Al2O3, Ni/Al2O3• Temperatura de 1000 K• Temperatura de 1000 K

Reformado secoReformado secoCH4 + CO2 2 CO + 2 H2CH4 + CO2 2 CO + 2 H2

•Catalizadores de Rh, Pt soportados• Temperatura de 800 K

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Productos del reformadoProductos del reformadoCO, CO2, H2

Síntesis de metanol

CO + 2H2 CH3OH

Catalizadores de Cu, 520 K, 50 atm

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MTBE Hidrocarburos

+isobutenoi d

zeolitas

ÁCH3OH

Resinas deintercambio iónico +CO

Rh o Ir

Ácido acéticoRh o Ir

Ag/Al2O3+ácidos carboxílicosAg/Al2O3

oFeMoO4

FormaldehídoCatalizadores ácidos

É tÉsteres

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Productos del reformadoProductos del reformadoCO, CO2, H2

H2 en pilas de combustibleH2 n p as com ust

Oxid ión t líti d CO Oxidación catalítica de CO

Page 50: catalisis-clase1

Catálisis y medio ambienteCatálisis y medio ambiente

Page 51: catalisis-clase1

Principales problemas medioambientalesPrincipales problemas medioambientales

Síntoma Causa probableS i ió d l ili ió d b iblSmog, contaminación de la tropósfera

Utilización de combustibles fósiles

Lluvia ácida Utilización de combustibles fósiles

Calentamiento global Utilización de combustibles fósiles

Agujero de ozono Emisión de cloro/fluor carbonoscarbonos

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Los catalizadores pueden mejorar el medioambientemedioambiente

Procesos a menores temperaturas y en condiciones menos drásticas

Pueden aumentar la selectividad de los procesos.

Eliminación de contaminantes medianteprocesos catalíticosprocesos catalíticos

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Contaminación debida a Fuentes móviles

N2O NON2O

CO2 PAN2

NO hidrocarburosCO NO2

hidrocarburos

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La solución:La solución:

Eliminación de los contaminantesde los gases de escape mediante lade los gases de escape mediante laconversión catalítica.

Catalizadores de tres víasCatalizadores de tres víasEliminan CO, NOx e hidrocarburos

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Monolito cerámico de cordieritacordierita

h d l l dWashcoat de Al2O3 catalizador

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Catalizador de tres vías

CO + ½ O COCO + ½ O2 CO2

Hid b O CO H OHidrocarburos + O2 CO2 + H2O

Catalizadores de PtCatalizadores de Pt

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CO NO CO ½ NCO + NO CO2 + ½ N2H2 + NO H2O + ½ N22 2 ½ 2

El Rh metálico minimiza lasreacciones laterales evitando lareacciones laterales evitando laformación de N2O.

AditivosCapacidad de almacenamiento de O2

(óxido de cerio)(óxido de cerio)

Page 59: catalisis-clase1

Vehículos diesel:Vehículos diesel:Catalizadores para eliminar soot y p y

partículas de sulfatos

Trampa de soot oxidación

Reducción catalítica

Gas de s oxidación

catalíticacatalítica de NOx

escape limpio

V, Ni, Ca, Ce soportados.V, Ni, Ca, Ce soportados.

200 ºC00

Page 60: catalisis-clase1

Contaminación debida a fuentes fijas

Efluentes gaseosos y líquidosEfluentes gaseosos y líquidos

Page 61: catalisis-clase1

Sistema de eliminación de contaminantesSistema de eliminación de contaminantes

Efluente Efluente contaminante Catalizador Sensor

ReactivosReactivos

Page 62: catalisis-clase1

Ejemplos

Eliminación de hipocloritos

j p

Eliminación de hipocloritos

2 N OCl 2N Cl O2 NaOCl 2NaCl + O2

Ni o CoNi o Co

Eliminación de NOx

4 NH 4 N 6 H 4 N4 NH3 + 4 NO + O2 6 H2O + 4 N2

V2O5 soportado

Page 63: catalisis-clase1

Otras aplicaciones de catalizadorespo Fertilizantes

Se basan en compuestos de amoníaco

N 3 H 2 NHN2 + 3 H2 2 NH3

Fe3O4 96 %K O 0 5 %K2O 0.5 %CuO 2 %

Composición delos catalizadores

MgO 0.2 %Al2O3 2 %SiO2 0.5 %

Page 64: catalisis-clase1

Otras aplicaciones de catalizadoresp

o Margarinao MargarinaLa hidrogenación de aceites vegetalesLa h drogenac ón de ace tes vegetalespara aumentar la saturación permite laobtención de margarina.o t nc ón margar na.

Catalizadores de Ni soportados en SiO2400 K 3 atm400 K, 3 atm

Page 65: catalisis-clase1

Otras aplicaciones de catalizadoresp

o Muebleso MueblesCH3OH H2CO + H2

CH3OH + O2 H2CO + H2O

Formaldehído resinas

Esponja de Agp j g900 K

Fe2(MoO4)3Fe2(MoO4)3650K

Page 66: catalisis-clase1

Otras aplicaciones de catalizadoresp

o Plásticoso PlásticosPetróleo plásticosPetróleo plásticos

Ziegler y Natta: premios Nobel de químicaZiegler y Natta: premios Nobel de química

Catalizador de cloruro de Ti/aluminioCentro activo:Ti

Page 67: catalisis-clase1

Otras aplicaciones de catalizadoresp

o Productos farmacéuticos y o Productos farmacéuticos y síntesis asimétrica

L-limoneno: perfume a limónD-limoneno: perfume a naranjaD limoneno: perfume a naranja

Page 68: catalisis-clase1

Talidomida

Isómero R: sedanteIsómero S: teratógenoIsómero S: teratógeno

Catalizadores homogéneosCatalizadores heterogéneosCatalizadores heterogéneos

complejos de Rh soportados

Page 69: catalisis-clase1

El f t d l táli iEl futuro de la catálisis

• Nuevas rutas para el proceso del p ppetróleo

• Materias primas alternativasp

• Protección medioambiental• Protección medioambiental

Page 70: catalisis-clase1

l “ Catalizadores “de diseño”í

ciencia de superficie ingeniería economíacostos

Base de datosteoría

Si t t i lSistema computacional

CatalizadorCatalizador

Page 71: catalisis-clase1

M i i l i Materias primas alternativas

CH4CH4

CH OH C HCH3OH H2CO C2H4

Page 72: catalisis-clase1

P d ió lí i d H Producción catalítica de H2

Fotocatálisis

Soportes fotoactivos++

Óxidos o metalesH2OH2 +1/2 O2

2

potencia

Page 73: catalisis-clase1

Proceso tradicional

ENERGIA ENERGIA ENERGIA ENERGIA

Proceso tradicional

QUIMICA TERMICA MECANICA ELECTRICA

Pilas de combustibleENERGIA QUÍMICA COMBUSTIBLE + AGENTE ENERGIA

ELECTRICA

Pilas de combustible

QUÍMICA COMBUSTIBLE AGENTE OXIDANTE ELECTRICA

Page 74: catalisis-clase1

C ld d b ibl Celdas de combustible

Electrodos porosos catalíticos

Page 75: catalisis-clase1

Pila de hidrógenoEn el material catalíticamente activo del ánodo oxida alhidrógeno cediendo electrones

Pila de hidrógeno

hidrógeno cediendo electrones.

2H2 + 4OH- → 4H 2O + 4e-2 2

Estos electrones circulan por el circuito externo haciael cátodoel cátodo.

En el cátodo se reduce el oxígeno con incorporacióng pde los electrones cedidos por el ánodo.

O 2H O 4 4OHO2 + 2H2O + 4e- 4OH-

El electrolito transporta los iones iones OH— formados en elpelectrodo de oxígeno, hacia el ánodo por el interior de la pila.

Page 76: catalisis-clase1

Catalizadores utilizados:Carburo de volframio, fosfuro de cobaltof m , f f(CoP3) y disulfuro de molibdeno.Níquel Raney y Ag Raney con carbonilo deNíquel Raney y Ag Raney con carbonilo deNi.

Page 77: catalisis-clase1

C tálisis tí l sCatálisis y nanopartículasEn el Sciencedirect aparecen 10 374 articulosEn el Sciencedirect aparecen 10,374 articulospara: catalysis and nanoparticles.

Nanopartículas: 1-1000 nm

Propiedades que dependen del tamaño:semiconductorassemiconductorasmagnetismo y supermagnetismo

Las nanopartículas tienen una alta relación superficie volumen

Page 78: catalisis-clase1

1) Catalizadores preparación y1) Catalizadores, preparación ycaracterización.

• IntroducciónIntroducción

P ó d l d• Preparación de catalizadores

• Caracterización de catalizadores

•Cinética de reacciones catalíticas

Page 79: catalisis-clase1

Caracterización de catalizadoresCaracterización de catalizadores• Técnicas empleadas para catalizadores• Técnicas empleadas para catalizadores

é • Técnicas TP

•Microscopía electrónica

• DRXD

Espectroscopías FTIR XPS• Espectroscopías FTIR, XPS

Page 80: catalisis-clase1

Un Un catalizadorcatalizador heterogéneoheterogéneo eses un un materialmaterial complejocomplejomaterial material complejocomplejo

Determinar la naturaleza delnaturaleza del sitio activo es complicadoa ( a ) que planos?

( b ) interaccionesM-S ?c

( b ) interaccionesM S ?( c ) sitios dobles?

Page 81: catalisis-clase1
Page 82: catalisis-clase1

Características relevantes en un catalizadorComposición

Fases Comp. Sup.

DistribuciónEstructuraEstructura

TexturaTamaño

DispersiónDispersión

C di ió l iAcidez

Coordinación, valencia

Reactividad

Page 83: catalisis-clase1

ó éCaracterización de un catalizador heterogéneo

Medida de las propiedades físicas y químicas:

•Composición química del bulk y la superficie•Estructura•Estructura•Propiedades químicas superficiales•Propiedades de los agregados de partículas•Propiedades de los agregados de partículas•Propiedades catalíticas

Page 84: catalisis-clase1

TriánguloTriángulo de de diseñodiseño de un de un catalizadorcatalizadorggEstructura

fí ifísica y química

DiseñoDiseño científicocientíficoDiseñoDiseño científicocientífico

Síntesis y P i d dSíntesis y tratamiento

Propiedades catalíticas

PruebaPrueba y errory error

Page 85: catalisis-clase1

Caracterización de catalizadoresCaracterización de catalizadorescalor

catalizadoriones

catalizadorelectrones

fotonesfotones

Té iTécnicas:IR XPS, UPS

Técnicas TP TEM, SEM XRD, LEED

Page 86: catalisis-clase1

Caracterización de catalizadoresCaracterización de catalizadores

Porcentaje de artículos en Applied Catalysis,Catalysis Letters y Journal of Catalysis entre 2000 y2006 i st s té i s2006 que mencionan estas técnicas.

Page 87: catalisis-clase1

Caracterización de catalizadores

Page 88: catalisis-clase1

Caracterización de catalizadoresCaracterización de catalizadores

Page 89: catalisis-clase1

Caracterización de catalizadoresCaracterización de catalizadores

Page 90: catalisis-clase1

¿Qué elementos y qué fases ¿Qué elementos y qué fases están presentes?p

ICPMS (inductively coupled plasma massICPMS (inductively coupled plasma massspectroscopy), Absorción Atómica

XPS, Auge (superficial)

Fluorescencia de rayos X

DRX

Microscopías

Page 91: catalisis-clase1

Determinación del tamaño de partícula

SEM, TEM.

Dispersión de luz estática (Static light-scattering) por encima de 1 mscattering) por encima de 1 m

Dispersión de luz dinámica (Dinamic lightDispersión de luz dinámica (Dinamic light-scattering) desde poco nanómetros.

Técnica Coulter (medida de la conductividad)

Page 92: catalisis-clase1

Determinación del área superficial y distribución del superficial y distribución del

tamaño de poros

Adsorción de nitrógeno a 77 K. (BET).g ( )

Porosimetría de mercurio.

Termoporosimetría (suspensiones enp ( pagua)

Page 93: catalisis-clase1

Determinación de la superficie i i i iactiva o sitios activos

Adsorción selectiva en los sitios activos:quimisorción de hidrógeno oxígenoquimisorción de hidrógeno, oxígeno,monóxido de carbono. Métodos estáticos ydinámicosdinámicos.

Page 94: catalisis-clase1

Dispersión del componente Dispersión del componente activo en el soportep

QuimisorciónQuimisorción

DRX (tamaño de cristalita)DRX (tamaño de cristalita)

XPS (relación de intensidades)XPS (relación de intensidades)

Microscopías electrónicasMicroscopías electrónicas

Page 95: catalisis-clase1

Determinación del estado de Determinación del estado de oxidación

Reducción a temperatura programada

Termogravimetría

Determinación de la saturación magnética

Page 96: catalisis-clase1

Determinación de la acidez

Adsorción de amoníaco, piridina, etc.

+FTIR permite diferenciar entresitios lewis y Brönstedsitios lewis y Brönsted.

Page 97: catalisis-clase1

Caracterización de Catalizadores• Técnicas de análisis a temperatura programada

• Termogravimetría (TGA)C l í d f l d b d (D C)• Calorimetría diferencial de barrido (DSC)

• Reducción a temperatura programada (TPR)• Oxidación a temperatura programada (TPO)• Oxidación a temperatura programada (TPO)• Desorción a temperatura programada (TPD)

•Difracción de rayos X

Mi í l ó i (TEM SEM)•Microscopías electrónicas (TEM; SEM)

•FTIR•FTIR

•XPS

• Adsorción, Quimisorción