Resumen

La oxidación selectiva de metano a formaldehido fue analizada con catalizadores de hierro soportados sobre sílice preparados por el método sol-gel, el cual permite obtener gran área superficial del soporte facilitando una alta dispersión del hierro sobre la matriz amorfa de la sílice. Se prepararon siete (7) catalizadores, uno de ellos correspondiente al soporte de sílice, otros cinco (5) con cargas de hierro entre 0,1-0,5 % en peso. El catalizador No. 7 (0,5% Fe en peso) se prepara con control de pH neutro y resultó de características más homogéneas ya que no se presentaron especies aisladas de hierro, corroborado por análisis SEM y TEM. Las áreas BET mayores son del orden de 1 757 y 993 m².g^-1 para los catalizadores de 0,5% Fe, con porcentajes promedio del 36% de microporosidad y 43% de mesoporosidad. La difracción de rayos X confirma la estructura amorfa del catalizador. La actividad catalítica es realizada con el catalizador No. 7 a presión atmosférica en reactor de cuarzo, mezcla de reacción CH₄/O₂/N₂ =7.5/1/4, intervalo de temperatura 400-750°C. Los productos de reacción son analizados por cromatografía 2 2 de gases con TCD. Los catalizadores heterogéneos presentan mayor conversión de metano pero con selectividad al metanol, mientras que el catalizador homogéneo No. 7 da mejores resultados en formaldehído. Para el catalizador7, el porcentaje más alto de conversión (8,60 mol%) se presenta a 650°C. La selectividad al formaldehído está en 50 mol% entre 600-650°C y en este intervalo se encuentra el máximo rendimiento (0,31 g HCH0/kg catalizador), considerando así que la temperatura de operación es de 650°C.

Introducción

La oxidación selectiva de metano hasta formaldehído está basada en las altas posibilidades que ofrece esta reacción para obtener compuestos de alto valor agregado tales como el formaldehído, que presenta una amplia variedad de aplicaciones: resinas, fertilizantes, abrasivos, aislantes, adhesivos, entre otros.

Por el lado del gas metano, este es una materia prima de gran potencial en muchos países, ya sea como combustible fósil proveniente de pozos de gas y asociado a la producción petrolera, o también como biogás resultante de los sistemas de tratamiento anaeróbico de aguas residuales y residuos sólidos provenientes de residuos domésticos e industriales.

La mayoría de investigaciones relacionadas con la oxidación directa y selectiva del metano hasta formaldehído provee una oportunidad sobre el desarrollo de catalizadores en forma de óxidos para esta reacción. La meta está fijada sobre los rendimientos en espacio y tiempo de formaldehído realizados en reactores de flujo continuo sobre catalizadores heterogéneos (Herman, 1997).

La reacción de oxidación parcial de metano (MPO) con oxígeno molecular fue analizada sobre varios catalizadores de sílice comercial sola y dopada con hierro a 650ºC (Parmaliana, 2002). Este trabajo mostró que las especies de hierro, independientemente del estado de agregación, permite la reactividad de la superficie de la sílice, mien tras que la productividad más alta de formaldehído está asociada con una carga óptima de hierro sobre la superficie (Parmaliana, 2002; Arena, 2000).

El estudio cinético de la reacción de MPO sobre catalizadores de sílice a 650ºC definió el orden de la reacción con respecto al CH₄ y O₂, siendo 0,9 y 0,2, respectivamente (Arena, 2000). La reacción de MPO procede vía un mecanismo concertado de la activación del oxígeno en fase gaseosa sobre los sitios reducidos de la sílice pura y de los óxidos de MoO₃ y V₂O₅ soportados sobre la sílice (Parmaliana, 1996).

• Materias:Reacción de oxidación Método sol-gel Formaldehído Catalizadores
• Subjects:Oxidation reaction Sol-Gel Method Formaldehyde Catalysts
• Palabras claves:Catalizadores Fe/Si0; Formaldehido; Oxidación selectiva; Sol-gel
• Keywords:Fe/Si0 catalyst; Formaldehyde; Selective oxidation; Sol-gel