Diseño y caracterización de esponjas metálicas basadas en alúmina/aluminio como posible soportes de catalizadores

Abstract

En el presente Trabajo Especial de Grado fueron planteadas las bases teóricas y metodológicas para el diseño de esponjas de aluminio como posible soporte de catalizadores, utilizando el proceso de sinterización-disolución (Sintering and Dissolution Process, SDP). Para ello se mezcló polvo de aluminio con cloruro de sodio con tamaños de partículas y fracciones en peso determinados; dichas mezclas fueron compactadas y sinterizadas en un flujo de N2. La preforma resultante se enfrió a temperatura ambiente y las partículas de cloruro de sodio fueron disueltas en agua caliente. A fin de diseñar esponjas de aluminio que puedan funcionar como posible soporte de catalizadores, se estudiaron algunas de las variables del proceso de formación: tamaño de partículas de cloruro de sodio, fracción en peso de aluminio, presión de compactación, tiempo y temperatura de sinterización, y formación de alúmina superficial; ésta última se obtuvo aumentando el tiempo de sinterización y/o sometiendo a las estructuras a oxidación térmica en un flujo de aire sintético. El criterio de selección utilizado para definir las condiciones óptimas de la síntesis, fue la generación de estructuras de alta porosidad, resistencia mecánica, y alúmina superficial tipo whiskers (estructuras filamentosas), así como las de menor costo de producción. La inspección visual del material permitió demostrar que la fracción en peso de aluminio y presión de compactación son factores determinantes en la conservación de la forma final de las esponjas. Por otra parte, la caracterización fisicoquímica muestra que bajo las condiciones de síntesis se obtienen poros interconectados indicando la formación de materiales celulares de poro abierto. Adicionalmente, se observó que el aumento del tiempo y temperatura de sinterización favorecen la formación de whiskers sobre la superficie, así como la oxidación térmica por un tiempo de 2 h. En la mayoría de los casos, las esponjas obtenidas presentaron una porosidad mayor a 60% tal como lo especifica el proceso SDP, y resistencia mecánica mayor a 3 MPa. En función a los parámetros analizados, se seleccionó una fracción en peso de aluminio de 0.55, presión de compactación 25 MPa, temperatura de sinterización 650°C, y un tiempo de 8 h como las condiciones.