Catalizadores nanoestructurados basados en óxidos de Fe para la combustión de n-hexano

Nanosized catalysts based on Fe oxide for combustion of n-hexane

Gino Picasso¹ ; Rosario Sun Kou² ; Gemma Gómez³ ; Emilia Hermoza¹ ; Alcides López¹ ; Maria Pilar Pina³ ; Javier Herguido³

1 Facultad de Ciencias, Universidad Nacional de Ingeniería, Av. Túpac Amaro 210, Rímac, Lima-Perú, gpicasso@unizar.es
2 Pontifica Universidad Católica del Perú, Av. Universitaria 1801, San-Miguel, Lima-Perú, msun@pucp.edu.pe
3 Universidad de Zaragoza, Departamento de Ingeniería Química y Tecnologías del Medio Ambiente, c/ Pedro Cerbuna 12,50009, Zaragoza-España.

RESUMEN

En este trabajo se han preparado catalizadores basados en óxido de Fe para la combustión de n-hexano (2000 ppm V). La síntesis de nanopartículas de óxido de Fe se ha realizado mediante el método sol-gel a partir de precursores a base de sales de nitrato. Según el análisis XRD, las nanopartículas formaron fase α-hematita y el tamaño estimado de las mismas medido por TEM fue de 9 nm con aglomeraciones de 140 nm. Adicionalmente, se han preparado arcillas pilaradas con Al (Al-PILC), Ti (Ti-PILC) Y Fe (Fe-PILC). Para estudiar el efecto cooperativo del Mn, se han preparado catalizadores de FeMn equimolar soportados en Al-PILC (FeMn/Al-PILC) y Ti-PILC (FeMn/Ti-PILC). Las condiciones de calcinación utilizadas han permitido obtener materiales térmicamente estables.
Los análisis XRD de las muestras pilaradas evidenciaron la formación de pilares estables, con excepción del Fe-PILC que presentó una estructura delaminada. Por efecto del pilaramiento se produjo un incremento del área superficial respecto a la arcilla de partida. Con relación al área, el orden decreciente de los materiales pilareados fue: Ti-PILC > Fe-PILC > Al-PILC. La incorporación de la fase activa Fe-Mn en los soportes de Ti-PILC y Al-PILC produjo en todas las muestras una reducción de la superficie total y una disminución de los espaciados basales d₀₀₁, sin alterar la matriz estructural de la arcilla de partida.
La fase mixta Fe-Mn soportada sobre las arcillas pilaradas mostró mayor actividad catalítica que Fe-PILC, que se evidenció por el efecto cooperativo del Mn. Este efecto podría asociarse con las propiedades rédox del Mn y la facilidad de movilidad del oxígeno superficial. La estructura delarninada y la fuerte interacción del Fe con la estructura de la arcilla, en la muestra Fe-PILC, pudieron ser las causantes de su menor actividad. Sin embargo, se obtuvieron mejores rendimientos cuando esta interacción fue menor, como en el caso de las nanopartículas de óxido de Fe preparadas con un surfactante y soportadas sobre bentonita natural.

Palabras clave: nanopartículas de óxido de Fe, Fe-PILC, eliminación de n-hexano.

ABSTRACT

In this work, nanosized catalysts based on Fe oxide have been prepared for total combustion of n-hexane (2000 ppmV). The synthesis ofFe oxide particles have been performed following sol-gel procedure starting from precursors based on nitrate salts. According to XRD analysis, nanopartic1es formed -hematite and the average partic1e size estimated by TEM was 9 nm with formation of agglomerations of 140 nm. Moreover, different c1ays pillared with Al (Al-PILC), Ti (Ti-PILC) and Fe (Fe-PILC) have been synthesized. Some samples based on Fe-Mn equimolar mixed oxide supported on Al-PILC (FeMn/ A1-PILC) and on Ti-PILC (FeMn/Ti-PILC) have been prepared in order to study the cooperative effect of Mn. Experimental conditions of calcination were adjusted in order to obtain samples with high thermal stability.
XRD analysis ofpillared samples revealed the formation of stable pillars, except for Fe-PILC which described a delaminated structure. As a consequence of pillaring, an enhancement of total surface area compared to starting clay material is observed. Concerning surface area, the decreasing order series of pillared material was: Ti-PILC > Fe-PILC > AI-PILC. Depression of total surface area and decreasing of basal spacing d₀₀₁, with no modification of basal structure of starting natural clay have been observed due to the incorporation ofFe-Mn active phase into the structures of Ti-PILC and A1-PILC.
The Fe-Mn mixed phase supported over pillared material exhibited higher catalytic activity than the Fe-PILC sample, which was attributed to the cooperative effect of Mn. This effect could be associated with redox properties of Mn and improving of surface oxygen mobility. Delaminated structure and strong interaction of Fe with clay porous network into the Fe-PILC sample could be the reason of lower activities. However, higher performances were observed in the case of Fe oxide nanoparticles prepared with surfactant agent over bentonite, due to a lesser extent of Fe-porous structure interaction presented in these samples.

Key words: nanoparticles based on Fe oxide, F e- PILC, total combustion of n-hexane.