Proyectos
Obtención de metanol a partir de la oxidación selectiva de metano empleando materiales catalíticos de hierro y molibdeno soportados en óxido de silicio.
Resumen
La oxidación catalítica del metano para la producción de metanol o formaldehído ha llamado la atención de los investigadores desde el inicio de la catálisis. En las últimas décadas, el mecanismo para la oxidación parcial de metano a metanol o formaldehído sobre catalizadores de óxidos de metales han sido investigados por diferentes grupos [1]. Algunos estudios sugieren que el metano se oxida directamente a formaldehído y metanol, y luego a CO y CO2 a través de reacciones consecutivas [2]. Otros proponen la existencia de un esquema paralelo consecutivo [3]. Por otra parte, la oxidación de metano sobre óxidos de paladio se cree que sigue un mecanismo de oxidación reducción de tipo Mars-Van Krevelen [4]. El metanol es una materia prima de carbono importante en la industria química y una posible economía basada en el metanol se discute en la comunidad científica, siendo el laureado premio Nobel George Olah uno de sus más destacados propagadores [5]. Aunque ha habido intentos considerables para oxidar metano a metanol en un proceso de un solo paso empleando catalizadores sólidos, este proceso todavía no ha generado aplicaciones prácticas porque: (i) el metano es un reactivo muy inerte que requiere altas temperaturas de reacción (en muchos casos, T > 400 °C) y (ii) el metanol es un producto intermedio, por lo que es difícil lograr alta selectividad, así como alta conversión de metano [6]. Dentro de los resultados obtenidos al interior del grupo de investigación aprovechamiento energético de recursos naturales (APRENA) en el proceso de oxidación selectiva de metano a formaldehido, se destaca conversiones de metano de 7,3% y 8,6 % en mol y selectividad a formaldehído de 47,5% y 50,6% en mol cuando se trabajó a 650 °C empleando como catalizador hierro soportado en óxido de silicio con una carga de 0,5% en masa [7]. Durante el proceso se evidenció que en este tipo de reacciones, la carga del metal en el material catalítico tiene un papel importante en el rendimiento del proceso, así mismo, la estructura del poro del soporte (óxido de silicio) cuando se prepara usando alquilsilicatos como precursores, es determinada principalmente por el tamaño y la geometría del empaquetamiento de las partículas de sílice [8]. Por otra parte, se evidenció que el procedimiento sol-gel permite obtener altas áreas superficiales con distribución de tamaños de poros alrededor de 4 nm, a través de precursores metalorgánicos que se hidrolizan cuidadosamente controlando el pH y la temperatura de la reacción de condensación favoreciendo el proceso de oxidación selectiva de metano a metanol o formaldehído [9]. De la misma manera, la sílice presenta mejor actividad que el soporte de titania en reacciones de oxidación parcial, ya que permite la dispersión de las especies de hierro o molibdeno, lo cual incide en la oxidación selectiva hasta formaldehído [9]. A pesar que la oxidación de metano a metanol sigue un proceso clásico de reacción REDOX la actividad del catalizador está relacionada con su capacidad de estabilizar los sitios reducidos de la superficie los cuales actúan como centros de activación del oxígeno sobre los cuales ocurre el ciclo REDOX [10]. Así mismo, óxidos de hierro, molibdeno y vanadio pueden permitir altos rendimientos debido a su alta capacidad de reducibilidad lo cual provee sitios para la activación del oxígeno [11]. De acuerdo con lo anterior, la idea de investigación se orienta a evaluar catalizadores de hierro y molibdeno soportados en óxido de silicio para la obtención de metanol ya que la sílice como soporte brinda alta área superficial lo cual permite una alta dispersión de óxidos reducibles [12]. Así mismo, presenta una buena estabilidad y no reacciona fácilmente con otros componentes a altas temperaturas [13] [14].
Convocatoria
Nombre de la convocatoria:CONVOCATORIA NACIONAL DE PROYECTOS PARA EL FORTALECIMIENTO DE LA INVESTIGACIÓN, CREACIÓN E INNOVACIÓN DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA 2016-2018
Modalidad:Modalidad Única
Responsable