catalisis-clase1
TRANSCRIPT
![Page 1: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/1.jpg)
CatálisisCatálisis
C táli i h t éCatálisis heterogénea
![Page 2: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/2.jpg)
Silvia Irusta AldereteSilvia Irusta Alderete
Despacho 1362 (Físicas, 1º planta)
Tutorías: solicitar por mail.p m .
![Page 3: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/3.jpg)
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](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/4.jpg)
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
![Page 5: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/5.jpg)
1) Catalizadores preparación y1) Catalizadores, preparación ycaracterización.
• IntroducciónIntroducción
P ó d l d• Preparación de catalizadores
•Caracterización de catalizadores
•Cinética de reacciones catalíticas
![Page 6: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/6.jpg)
REPASO ¿Qué es la catálisis?
REPASO ¿Qué es la catálisis?
Funcionamiento de nuestros cuerpos.
Producción de materiales plásticos.
Obtención de combustibles.
Eliminación de contaminantes.
![Page 7: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/7.jpg)
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
![Page 8: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/8.jpg)
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.
![Page 9: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/9.jpg)
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
![Page 10: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/10.jpg)
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..
![Page 11: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/11.jpg)
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"
![Page 12: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/12.jpg)
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
![Page 13: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/13.jpg)
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
![Page 14: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/14.jpg)
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"
![Page 15: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/15.jpg)
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"
![Page 16: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/16.jpg)
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
![Page 17: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/17.jpg)
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
![Page 18: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/18.jpg)
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.
![Page 19: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/19.jpg)
¿Cóm f n i n n ¿Cómo funciona un catalizador sólido?catalizador sólido?
![Page 20: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/20.jpg)
El proceso catalíticoDifusión en fase gas
AdsorciónAdsorción disociativa Difusión
superficial
Adsorción molecular Reacción
superficial
Sitio activop
Desorción soporte del producto
![Page 21: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/21.jpg)
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
![Page 22: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/22.jpg)
Ejemplo: oxidación de COj p
O
CO
O2
CO22
++
catalizador
adsorción reacción desorsion
catalizador
¿Que es lo esencial que hace el catalizador?
![Page 23: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/23.jpg)
El catalizador rompe enlacesEl catalizador rompe enlaces….
……y forma otros
![Page 24: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/24.jpg)
![Page 25: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/25.jpg)
+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](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/26.jpg)
¿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.
![Page 27: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/27.jpg)
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
![Page 28: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/28.jpg)
¿Qué se le pide a un catalizador?
ACTIVIDADACTIVIDAD
SELECTIVIDADSELECTIVIDAD
ESTABILIDAD
![Page 29: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/29.jpg)
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.
![Page 30: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/30.jpg)
Ti s d tálisisTipos de catálisis
1 Catálisis homogénea1. Catálisis homogénea
2. Catálisis heterogénea
3. Catálisis enzimática
![Page 31: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/31.jpg)
• 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
![Page 32: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/32.jpg)
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
![Page 33: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/33.jpg)
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.
![Page 34: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/34.jpg)
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.
![Page 35: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/35.jpg)
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.
![Page 36: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/36.jpg)
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.
![Page 37: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/37.jpg)
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
![Page 38: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/38.jpg)
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.
![Page 39: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/39.jpg)
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
![Page 40: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/40.jpg)
Mercado global para catalizadores medioambientales y de energía:2003: $6 400 millones2003: $6.400 millones2009: $13. 000 millones
www.bccresearch.com/report/CHM020B.html
![Page 41: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/41.jpg)
Obtención de Productos QuímicosObtención de Productos Químicos
M i iMateria prima:
Carbón
Petróleo
Gas naturalGas natural
![Page 42: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/42.jpg)
P t ólPetróleo
Fraccionamiento
Livianos
GasolinaPesados
Gaso a
Craqueo catalíticoReformado catalíticoLivianos combustibles
Propeno Eteno Butano/eno
![Page 43: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/43.jpg)
Eteno: Propeno:
• EtanolÓ
• Isopropanol•Óxido de etileno•Propionaldehído
•Polipropileno•Cumeno
•Acetaldehído•Etilbenceno
•Butiraldehído•Ácido acrílico
•Polyetileno•Cloruro de vinilo
•Acrilonitrilo
•Acetato de vinilo
![Page 44: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/44.jpg)
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
![Page 45: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/45.jpg)
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
![Page 46: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/46.jpg)
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
![Page 47: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/47.jpg)
Productos del reformadoProductos del reformadoCO, CO2, H2
Síntesis de metanol
CO + 2H2 CH3OH
Catalizadores de Cu, 520 K, 50 atm
![Page 48: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/48.jpg)
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
![Page 49: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/49.jpg)
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](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/50.jpg)
Catálisis y medio ambienteCatálisis y medio ambiente
![Page 51: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/51.jpg)
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
![Page 52: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/52.jpg)
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
![Page 53: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/53.jpg)
Contaminación debida a Fuentes móviles
N2O NON2O
CO2 PAN2
NO hidrocarburosCO NO2
hidrocarburos
![Page 54: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/54.jpg)
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
![Page 55: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/55.jpg)
![Page 56: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/56.jpg)
Monolito cerámico de cordieritacordierita
h d l l dWashcoat de Al2O3 catalizador
![Page 57: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/57.jpg)
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
![Page 58: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/58.jpg)
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](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/59.jpg)
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](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/60.jpg)
Contaminación debida a fuentes fijas
Efluentes gaseosos y líquidosEfluentes gaseosos y líquidos
![Page 61: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/61.jpg)
Sistema de eliminación de contaminantesSistema de eliminación de contaminantes
Efluente Efluente contaminante Catalizador Sensor
ReactivosReactivos
![Page 62: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/62.jpg)
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](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/63.jpg)
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](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/64.jpg)
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](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/65.jpg)
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](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/66.jpg)
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](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/67.jpg)
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](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/68.jpg)
Talidomida
Isómero R: sedanteIsómero S: teratógenoIsómero S: teratógeno
Catalizadores homogéneosCatalizadores heterogéneosCatalizadores heterogéneos
complejos de Rh soportados
![Page 69: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/69.jpg)
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](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/70.jpg)
l “ Catalizadores “de diseño”í
ciencia de superficie ingeniería economíacostos
Base de datosteoría
Si t t i lSistema computacional
CatalizadorCatalizador
![Page 71: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/71.jpg)
M i i l i Materias primas alternativas
CH4CH4
CH OH C HCH3OH H2CO C2H4
![Page 72: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/72.jpg)
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](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/73.jpg)
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](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/74.jpg)
C ld d b ibl Celdas de combustible
Electrodos porosos catalíticos
![Page 75: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/75.jpg)
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](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/76.jpg)
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](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/77.jpg)
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](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/78.jpg)
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](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/79.jpg)
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](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/80.jpg)
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](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/81.jpg)
![Page 82: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/82.jpg)
Características relevantes en un catalizadorComposición
Fases Comp. Sup.
DistribuciónEstructuraEstructura
TexturaTamaño
DispersiónDispersión
C di ió l iAcidez
Coordinación, valencia
Reactividad
![Page 83: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/83.jpg)
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](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/84.jpg)
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](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/85.jpg)
Caracterización de catalizadoresCaracterización de catalizadorescalor
catalizadoriones
catalizadorelectrones
fotonesfotones
Té iTécnicas:IR XPS, UPS
Técnicas TP TEM, SEM XRD, LEED
![Page 86: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/86.jpg)
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](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/87.jpg)
Caracterización de catalizadores
![Page 88: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/88.jpg)
Caracterización de catalizadoresCaracterización de catalizadores
![Page 89: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/89.jpg)
Caracterización de catalizadoresCaracterización de catalizadores
![Page 90: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/90.jpg)
¿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](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/91.jpg)
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](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/92.jpg)
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](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/93.jpg)
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](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/94.jpg)
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](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/95.jpg)
Determinación del estado de Determinación del estado de oxidación
Reducción a temperatura programada
Termogravimetría
Determinación de la saturación magnética
![Page 96: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/96.jpg)
Determinación de la acidez
Adsorción de amoníaco, piridina, etc.
+FTIR permite diferenciar entresitios lewis y Brönstedsitios lewis y Brönsted.
![Page 97: catalisis-clase1](https://reader036.vdocument.in/reader036/viewer/2022081719/557210f0497959fc0b8df5ce/html5/thumbnails/97.jpg)
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