Responsable: DEMETRIO MENDOZA ANAYA
Desarrollar catalizadores a base de Cu y Ni soportados en ZrO2, CeO2 y óxidos mixtos (ZrO2-CeO2) y determinar sus propiedades catalíticas para la generación de H2 bajo diferentes condiciones experimentales de reacción.
Aunque han sido propuestos una gran variedad de catalizadores para la generación de H2 en los últimos años, sólo los catalizadores a base de Cu soportado en ZnO, CeO2, Al2O3 y ZrO2 (y combinación de estos soportes catalíticos) han sido los de mejores propiedades catalíticas y han tenido éxito en el reformado de metanol para la generación de H2. En este contexto, son necesarios nuevos catalizadores con propiedades específicas, para cumplir con las exigencias en los nuevos requerimientos de combustibles alternos al petróleo, necesarios para generar energía limpia. Considerando la importancia de las características asociadas al tamaño y forma de los materiales catalíticos, en este proyecto se estudió el efecto de éstas, en las propiedades catalíticas de los nuevos materiales sintetizados.
En este proyecto se sintetizaron soportes catalíticos por la técnica sol-gel. Está técnica nos permitió obtener sólidos químicamente homogéneos, a diferencia de los obtenidos por métodos tradicionales. Posteriormente, los sólidos obtenidos fueron estabilizados térmicamente en un horno vertical con atmósfera controlada, mismo que cuenta con un controlador de temperatura que permite controlar la rampa de calentamiento hasta los 500°C por al menos 5 h. Después de estabilizar térmicamente al soporte se adicionó la fase activa (Cu y/o Ni) por el método de precipitación. Después de esta etapa los nanocatalizadores fueron calcinados a temperaturas del orden de 500°C y reducidos en atmósfera reductora a 500°C para activar el catalizador. Los catalizadores fueron caracterizados por técnicas diversas para determinar los parámetros de síntesis, que nos permita una mejor optimización del catalizador y correlacionar los resultados provenientes de la caracterización física y química con los resultados de actividad catalítica. Los catalizadores fueron evaluados en la reacción de reformado de metanol con vapor de agua en atmósfera oxidante a diferentes temperaturas, para determinar el funcionamiento del catalizador. Para ello se cuenta con un equipo multitareas RIG-100 el cual consta con un reactor de cuarzo de lecho fijo, controlador de temperatura, 4 controladores de flujo másico, una celda de conductividad térmica y una estación de trabajo. Este equipo está acoplado a un cromatógrafo de gases de columnas empacadas y celda de conductividad térmica, que nos permitirá determinar la concentración de los productos y reactivos provenientes del reactor catalítico. Estos datos se graficarán y se trazarán las curvas de actividad total (reactivos-metanol, agua y oxígeno) y la selectividad (productos, los de mayor interés H2, CO, CO2, H2O y otros productos de carbón). De esta forma se encontrarán las mejores relaciones (composición del soporte) de los catalizadores para la generación de H2. En desarrollo estamos utilizando nanopartículas previamente sintetizadas con tamaño controlado de alrededor de 5 nm para de esta manera tener un mayor control en la síntesis de los nanocatalizadores. Por otro lado, se están desarrollando soportes catalíticos con morfología controlada y estudiando el efecto que tienen estas nuevas estructuras en las propiedades catalíticas de los catalizadores en la reacción de reformado del alcohol para generar H2.
Este proyecto está enmarcado con las políticas de desarrollo Institucional del ININ dentro de la dirección de Investigación Científica, en el marco de líneas de desarrollo (fuentes energéticas, química, ecología y protección del medio ambiente) que el país demanda. Con los resultados obtenidos en este proyecto, se avanza de manera exitosa en el desarrollo de catalizadores para generar Hidrógeno, mismo que puede ser empleado como combustible alterno para la obtención de energía limpia y barata. Esto es muy importante, ya que como se ha mencionado, existe en la actualidad un interés mundial por encontrar métodos para reducir las emisiones contaminantes de fuentes móviles y estacionarias, causada por la combustión de carburantes fósiles.
Se estudiaron las propiedades catalíticas de catalizadores de Cu-Ni soportado en ZrO2, CeO2 y ZrO2-CeO2, así como de nuevos sistemas catalíticos Ag-Au(1-D)-CeO2. Los resultados mostraron que todos los catalizadores fueron activos para la reacción de reformado de metanol en ausencia y presencia de oxígeno. Asimismo, los sistemas estudiados Cu-Ni/ZrO2 y Ag-Au(1-D)-CeO2 pueden ser competitivos para generar H2 y ser usado en las celdas de combustible para generar energía.
Publicaciones
Los resultados fueron publicados en tres artículos en revistas internacionales (indexadas).
1 Oxidative steam reforming of methanol for hydrogen production over Cu/CeO2-ZrO2 catalysts. R. Pérez-Hernández, L. C. Longoria, J. Palacios, Ma. M. Aguila and V. Rodríguez. Energy Materials 2008 VOL 3 NO 3, p 152-157.
2 Hydrogen production by methanol steam reforming over Pd/ZrO2-TiO2 catalysts. R. Pérez-Hernández, A.D. Avendaño, E. Rubio and V. Rodríguez-Lugo. (Enviado a Journal: Topics in Catalysis)
3 Au supported on nanostructured and High surface area CeO2 catalysts: Hydrogen Production via steam reforming of methanol. R. Pérez-Hernández and A. Gutiérrez. (Enviado a Journal: Topics in Catalysis).
Foros (congresos) nacionales e internacionales
1 Gutiérrez Martínez Albina y Pérez-Hernández Raúl. Generación de H2 mediante reformado de metanol en catalizadores de Au/CeO2. XI Congreso Mexicano de Catálisis, 2-5 junio Ensenada, B.C. 2009. Trabajo en modalidad oral.
2 Oxidative Steam Reforming of Methanol with bimetallic Cu-Ni/ZrO2 nanocatalysts for Hydrogen production. Pavel López, Albina Gutiérrez Martínez, Gonzalo Martínez, Raúl Pérez-Hernández. XVIII International Materials Research Congress, 16-21 de Agosto de 2009.
3 Synthesis of Ag supported on ZnO microrods and their catalytic properties for H2 production on Steam Reforming of Methanol. Raúl Pérez-Hernández, Alvaro Mayoral, Miguel José-Yacaman. XVIII International Materials Research Congress, 16-21 de Agosto de 2009.
4 Desing and Characterization of Ag(1D)-CeO2 System for Catalytic Application. D. Mendoza-Anaya, C. E. Gutiérrez-Wing, R. Pérez-Hernández, G. Mondragón-Galicia. XVIII International Materials Research Congress, 16-21 de Agosto de 2009.
5 Design of new Ag-Au(1-D)-CeO2 catalysts for hydrogen production by steam reforming of methanol. Pérez-Hernández Raúl; Gutiérrez Wing Claudia. EuropaCat IX Catalysis for a Sustainable World-2009. Málaga-España.
6 Pavel López Carvajal, Albina Gutiérrez Martínez, Claudia E. Gutiérrez Wing, Demetrio Mendoza Anaya, Gonzalo Martínez, Raúl Pérez Hernández. Desarrollo de Catalizadores a Base de CuNi Soportados en ZrO2 para la Generación de H2 Mediante el Reformado de Metanol en Atmósfera Oxidante. XIX Congreso Técnico-Científico ININ-SUTIN, Centro Nuclear de México, 2-4 de Diciembre de 2009.
7 Demetrio Mendoza Anaya, Jorge Pérez del Prado, Gilberto Mondragón Galicia. La Microscopia Electrónica de Barrido y el EDX: Algunas Consideraciones Importantes. XIX Congreso Técnico-Científico ININ-SUTIN, Centro Nuclear de México, 2-4 de Diciembre de 2009.
Desarrollo de catalizadores para generar Hidrógeno mismo que puede ser empleado como combustible alterno para la obtención de energía limpia y barata.
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