PREPARACIÓN DE UN CATALIZADOR BIMETÁLICO Ni/Pt SOPORTADO EN ALÚMINA (Al2O3)

PRESENTADO POR:

JORGE BARRIOS B.

ADRIAN GUERRA BENEDETTI

CESAR A. HENAO BALSEIRO

RAFAEL MORILLO PUA

DANNY RIOS VERGARA

JAIME ROSALES CASTRO

JULIO YEPES MONTES

PRESENTADO A:

Ing. JOSE COLINA MARQUEZ

UNIVERSIDAD DE CARTAGENA

FACULTAD DE INGENIERIAS

PROGRAMA DE INGENIERIA QUIMICA

Preparar de un catalizador bimetálico Ni/Pt soportado en alúmina (Al2O3). Los aspectos a desarrollar en el son los siguientes: 1. Sales precursoras de los metales involucrados (características fisicoquímicas de las sales o compuestos precursores, así como la justificación de la selección de los precursores).

2. Características del soporte (estudio sobre las ventajas y desventajas)

3. Método de preparación seleccionado (justificación de por qué se seleccionó tal método)

4. Descripción de cada etapa del proceso de preparación (condiciones detalladas de cada proceso)

5. Mecanismo propuesto para la dispersión de la fase activa

6. Propiedades esperadas del catalizador soportado

7. Aplicaciones potenciales del catalizador soportado (Reacciones y posibles mecanismos)

Desarrollo,

1. Para obtener el platino en primera instancia utilizaremos como sal precursora

el hexacloroplatinato de potasio (IV) K2[PtCl6] como fuente de Pt para la síntesis electroquímica. La utilización de esta sal de platino obedece a la necesidad de reducir costos en las materias primas usadas en la síntesis electroquímica, además de que esta sal se puede conseguir ya sintetizada, es decir se puede comprar y unos de sus proveedores a nivel nacional es MERCK Company. Se puede agregar que el platino es un metal muy caro por tanto el uso de precursores de bajo precio es vital para la producción de catalizadores que puedan solucionar problemas industriales.

A continuaciones algunas de las propiedades de esta sal:

Formula empírica ( según Hill) Cl6K2Pt

Formula Química K2[PtCl6] Masa Molar 486.01g/molSolubilidad en Agua 52g/l (100°C)Punto de Fusión 250°C (descomposición)Densidad 3.48g/cm3 (20°C)Contenido de Pt 39.7% - 40.5%

PROPIEDADES FISICAS: Cristales o polvo cristalino amarillo o naranja amarillento, Ligeramente soluble en agua, Soluble en agua caliente, Casi soluble en alcohol.

Para el caso del níquel utilizaremos como compuesto precursor el acetilacetanoato de níquel, que al igual que el hexacloroplatinato de potasio se puede comprar para poder realizar la experimentación.

A continuaciones algunas de las propiedades de esta sal:

Formula empírica ( según Hill) C10H14NiO4

Formula Química Ni[C10H14O4] Masa Molar 256.91g/molSolubilidad en Agua Si Punto de Ebullición 220 - 235°C (14hPa)Densidad 3.48g/cm3 (20°C)Presión de Vapor 2.7hPa (110°C)

2. Entre los soportes empleados en catálisis heterogénea la alúmina es el más ampliamente usado debido a su bajo costo, la estabilidad de su estructura y principalmente porque puede prepararse con una amplia gama de propiedades texturales. Estos materiales son generalmente preparados por deshidratación de diversos hidróxidos de aluminio, si el hidróxido es un gel, este se convierte fácilmente a su forma cristalina por calentamiento y/o envejecimiento. Existen diferentes fases cristalinas de las alúminas. Las más importantes en la catálisis heterogénea son la gamma por su estabilidad y la eta por su acidez. La alúmina es anfótera es decir puede actuar como ácido en medio básico o como base en medio ácido. Además, su punto de fusión es ligeramente superior a los 2000 °C, característica deseable en un soporte, lo que repercute en una mayor estabilidad térmica.

Una de las ventajas de la alúmina es que no se reduce con hidrógeno y que aunado a su alta temperatura de fusión permite la activación de la fase metálica de los catalizadores usando hidrógeno a altas temperaturas. La actividad y acidez máxima de estos materiales se obtiene a temperaturas de 400-700 °C, en este intervalo de temperaturas existe un balance entre los sitios Brönsted y Lewis. Las alúminas requieren de cierta cantidad de agua en su estructura en forma de hidróxidos para ser más eficientes catalíticamente.

Las alúminas que están totalmente hidratadas contienen acidez tipo Brönsted y pequeña cantidad de tipo Lewis.

3. El método escogido para la preparación del catalizador seria el método sol-gel, puesto que este nos ofrece una gran cantidad de ventajas como: control sobre la composición, purificación previa de los precursores, bajas temperaturas de procesamiento, coloide sólido en medio líquido, control sobre la cinética (Tª y dilución), control sobre la nucleación y crecimiento de las partículas (forma, tamaño y distribución de tamaños finales).

Además que a nivel de laboratorio la gran mayoría de los catalizadores de este tipo se desarrollan por sol-gel, por lo sencillo de preparar además de que nos da diferentes presentaciones para obtener el catalizador y los catalizadores de tipo bimetálico son originados por este método y mucho más cuando sus precursores son metales aluviones como el Pt, Sn, Ir etc.

También es cierto que este método tiene desventajas Relativo alto coste del material inicial, especialmente el alcoholato empleado en la variante del método sol‐gel, pero al preparar nuestro catalizador por dicho método obtenemos gran homogeneidad que luego la podemos impregnar en nuestro soporte para de esta manera tener una mayora actividad y selectividad.

4. Los soportes Pt-alúmina se prepararían por el método Sol-gel. Con una solución de etanol aprox. 200ml (J. T. Baker al 90.3 %) y 10 ml de agua destilada, se ajustaría el pH a 3, 5 y 9 empleando HNO3 (J. T. Baker al 65 %), CH3COOH glacial (J. T. Baker al 99.7 %), y NH4OH (J. T. Baker al 90.3 %), respectivamente. A esta solución se le adicionaría simultáneamente una solución de etanol-agua, que tiene disuelto acetilacetonato de platino y tri-sec-butóxido de aluminio, durante 4 h, teniendo bajo reflujo el sistema. El reflujo se mantuvo por 80 h con agitación constante. Una vez formado el gel, este se secó en rotación a vapor a 80 ºC e inmediatamente secarse en atmósfera de aire a 80 °C por 12 h, posteriormente se calcina a 600 ºC durante 4 h.

La síntesis para el soporte por medio del método sol-gel seria la que vemos a continuación:

De esta manera podemos obtener un soporte Pt-Al2O3.

Para la síntesis de los catalizadores de Ni/Pt-Al2O3. Se impregnaran los soportes utilizando vía húmeda empleando acetilacetonato de niquel (Merck Chemical 98 %). Se disolverian unos 0.042 gr del acetilacetonato de Ni en 10 ml de acetona (Mallinckrodt Baker al 99.9 %). Adicionaremos lentamente a una solución, teniendo 2 gr del soporte previamente disuelto en 70 ml de acetona, conservando el sistema en agitación constante hasta la evaporación de la acetona a 80 ºC. Se secaran los catalizadores a 80 ºC por 12 h y posteriormente se calcinaron a 600 °C durante 4 h.

hexacloroplatinato+ etanol + agua

destiladaTri-Sec-Butoxido de

AluminioAjuste de pH

Solución homogénea etanol +agua

Reflujo con agitación constante por

aproximadamente 80 horas

Secado en rotación a vapor a 80°C

Secado a nivel atmosférico al sol por aprox 12h, a

80°C

Calcinación a 600°C por unas 4horas.

5. El mecanismo propuesto para la dispersión de la fase activa se realizaría en mediante impregnación del níquel en la forma de acetilacetonato de níquel por medio de vía húmeda, utilizando acetona como disolvente. Para de esta manera poder tener una alta área superficial y lograr que el catalizador, sea selectivo, activo y resistente, ya que el al estar soportado con alúmina esta le otorga resistencia mecánica y térmica.

6. Se espera que el catalizador creado de Ni/Pt-Al2O3, tenga como sus principales prodiedades el poder hidrogenizar los compuestos pretroquimicos principalmente, de igual manera el poder act

Acetilacetanato de Niquel disuelto en

acetonaAcetona

Soportes Pt-Al2O3

Impregnación a temperatura ambiente con

agitación constante

Evaporación del solvente aprox a 80°C

Secado por aprox 12h, a 80°C

Calcinación a 600°C por unas 4horas.

BIBLIOGRAFIA

http://www.merck-chemicals.com/potasio-hexacloroplatinatoiv

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http://www.colegiolosrosales.com/sp/ni.htm

http://patentados.com

http://invenia.es

http://monografías.com

Burch R. and Mitchell A. J., Applied Catalysis, 6 (1983) 121-128

Luis Caballero Suarez, Introducción a la Catálisis Heterogénea, 6 (2002)

Prof. Dr. Jens Hagen Industrials Catalysis, A. Practical Aproach (2006)