Síntesis sol-gel de catalizadores de hierro soportados sobre sílice y titania para la oxidación selectiva de metano hasta formaldehído

Sol-gel synthesis of iron catalysers supported on silica and titanium for selectively oxidising methane to formaldehyde

Materiales de hierro soportados sobre sílice y titania fueron obtenidos por el método sol-gel para evaluar su actividad catalítica en la reacción de oxidación selectiva de metano hasta formaldehído. Se prepararon cuatro (4) catalizadores, uno del soporte de sílice (catalizador 1S), otro para el soporte de titania (catalizador 1T) y los dos (2) restantes con carga de hierro de 0,5% en peso, para el soportado en sílice (catalizador 2FS) y para el soportado sobre titania (catalizador 2FT). Las mayores áreas superficiales BET se obtienen para los materiales de sílice, catalizadores 1S y 2FS con valores de 659 y 850 m²/g respectivamente, mientras que los catalizadores sobre titania 1T y 2FT presentaron áreas de 65 y 54 m²/g respectivamente. Los análisis de microscopia electrónica de barrido y transmisión muestran estructuras amorfas en el caso del soporte de sílice, mientras que para el soporte de titania los materiales son densos con estructura definida. El análisis de difracción de rayos X confirma la estructura amorfa de los materiales preparados con sílice y presenta la estructura de la anatasa para los materiales de titania. Los experimentos de reducción a temperatura programada muestran para los catalizadores 1S y 2FS ausencia de especies potencialmente reducibles, y para el caso de los catalizadores 1T y 2FT se presentan picos de consumo de hidrógeno que para el caso del 2FT están relacionados con la reducción de Fe₃O₄ hasta α-Fe vía intermedio de Fe_xO. La espectroscopia Fotoelectrónica de rayos X confirma la presencia de Fe(III) con el valor de la energía de enlace en 710,6 e.V tanto para el catalizador 2FS como para el 2FT. La actividad catalítica se realiza a presión atmosférica en reactor de cuarzo, mezcla de reacción CH₄/O₂/N₂ =7,5/1/4, intervalo de temperatura 400-800°C. Los productos de reacción se analizan por cromatografía de gases con columnas Hayesep R y T y tamiz molecular de 5Å. La mejor respuesta para la oxidación del metano hasta formaldehído la presenta el catalizador 2FS, con un porcentaje de conversión de metano de 3,4% mol a 650°C, selectividad al formaldehído de 11,9% mol y rendimiento de 0,021 g HCHO/Kg catalizador.

Introducción

La oxidación selectiva de metano (MSO) para obtener compuestos orgánicos como metanol y en especial formaldehído, ha sido de gran interés en los últimos años por razones comerciales y en la actualidad por las implicaciones ambientales del metano en el efecto de invernadero (Guerrero, 2007).

El formaldehído se produce por oxidación catalítica de metanol en fase de vapor. Y es uno de  los  productos  químicos más importantes a nivel mundial por su bajo costo, alta pureza y la amplia gama de aplicaciones, principalmente para la producción de resinas termoestables.