Efecto del vanadio en catalizadores derivados de materiales tipo hidrotalcita en deshidrogenación oxidativa de Propano

Effect of vanadium in catalysts derived from hydrotalcite-like materials in oxidative dehidrogenation of Propane

Dos nuevos materiales tipo hidrotalcita, basados en NiCoCr y NiCoFe, se obtuvieron por el método hidrotérmico. Estos Materiales se modificaron con especies de vanadio por intercambio iónico. Los sólidos se caracterizaron usando difracción de rayos X (DRX), análisis elemental(absorción atómica), y análisis termogravimétrico(ATG). Los sólidos con y sin intercambio se trataron térmicamente para obtener los respectivos óxidos mixtos,que posteriormente se evaluaron en la reacción de deshidrogenación oxidativa de propano (Dhop) a una velocidad espacial de 50 mL/min g y en un rango de temperatura comprendido entre 250 y 500 °C. Los estudios catalíticos mostraron un efecto positivo al incorporar el vanadio para el material NiCoCr, mientras que para el sistema NiCoFe modificado se observó una disminución en su actividad catalítica.

INTRODUCCIÓN

La deshidrogenación de alcanos es una ruta atractiva para convertir parafinas de bajo costo en hidrocarburos insaturados de mayor valor agregado. Más aún, la deshidrogenación oxidativa de propano (Dhop) ha recibido mayor atención debido a que se espera un incremento significativo en la demanda de propileno (1-3); además presenta las siguientes ventajas frente a los procesos convencionales: i) El producto preferente de la reacción es el propeno. ii) Bajas temperaturas de reacción, lo que disminuye costos y reduce el impacto ambiental (4, 5). Por consiguiente, se han adelantado investigaciones para el desarrollo de nuevos catalizadores activos en Dhop, entre ellos se encuentran los materiales tipo hidrotalcita, también conocidos como hidróxidos dobles laminares (HDLs) o arcillas aniónicas. Este tipo de materiales presentan una estructura tipo brucita, Mg(OH)₂, en el que el catión Mg²⁺  está rodeado octaédricamente por seis aniones OHy los diferentes octaedros [Mg(OH)₆]^-4 comparten aristas, formando láminas infinitas (6). Estas capas están apiladas unas sobre otras y se encuentran unidas por puentes de hidrógeno. Cuando los iones Mg²⁺ son parcialmente sustituidos por iones trivalentes (con radio iónico similar), se genera un exceso de carga positiva en la lámina, que se compensa por un anión ubicado entre dos láminas tipo brucita (6).

La   fórmula general de  los   materiales tipo hidrotalcita es: 

M^II_1−xM^III_x(OH)₂(Aⁿ⁻)_x/n•yH₂O,

donde M^II y M^III son los iones divalentes y trivalentes, respectivamente; A^n- es el anión de compensación de carga y x es la fracción molar del catión trivalente y también la carga electrostática entre las láminas tipo brucita y el anión interlaminar (7).