Estudio de la eliminación de compuestos orgánicos volátiles utilizando catalizadores estructurados de aluminio

Abstract

En las últimas décadas ha surgido una preocupación mundial por la protección ambiental. Una de las principales causas de esta contaminación ambiental, debido a su toxicidad y por ser precursores de la formación de ozono, son los compuestos orgánicos volátiles (COVs), muchos de los cuales se encuentran en las corrientes gaseosas de la mayoría de los procesos industriales que involucran hidrocarburos. El objetivo principal de este trabajo fue elaborar y evaluar catalizadores estructurados de soporte aluminio y de fase activa paladio. Se utilizaron dos tipos de geometrías, discos y mallas, para la elaboración de los soportes. A los soportes se le realizó un proceso de anodizado, con dos voltajes distintos, para generar una capa superficial de alúmina donde impregnar la fase activa. Una vez elaborados los catalizadores, fueron caracterizados y se evaluó su actividad catalítica en la oxidación de tolueno y acetato de etilo como COVs seleccionados. Para caracterizar los catalizadores se realizaron análisis de su composición en peso de paladio y del área superficial que presentaban. Los análisis de la composición de paladio dieron como resultado que la estructura tipo disco presentó alrededor de 0,08 % p/p de Pd y la estructura tipo malla alrededor de un 0,27 % p/p de Pd. Con respecto a su área superficial, ésta aumentó unas 55 veces en los discos y unas 100 veces en las mallas, con respecto a las estructuras de aluminio sin anodizar. Para la evaluación catalítica se consideró el número de estructuras de catalizador utilizado, el tipo de geometría y el voltaje de anodización. Esta evaluación se realizó en un reactor tubular de vidrio de lecho fijo y los productos de la reacción se analizaron en un cromatógrafo de gases. El primer estudio consintió en realizar barridos de temperatura a un flujo bajo constante, para determinar la temperatura de reacción óptima que permitiera obtener conversiones superiores al 90%. Una vez obtenida la temperatura de reacción óptima, se realizó un segundo estudio donde se varió el flujo para observar el comportamiento de los catalizadores al disminuir el tiempo de contacto con los COVs. En la oxidación de tolueno, tanto para discos como mallas de anodizados con un voltaje de 20 voltios, la temperatura de reacción óptima se ubicó en 165 ºC. En la oxidación de acetato de etilo, la temperatura de reacción óptima fue de 225 ºC y de 230 ºC para discos y mallas respectivamente. El aumento en el número de estructuras de catalizador no influye en mejorar la temperatura de reacción del acetato de etilo, mientras que en caso del tolueno esta temperatura disminuye. La temperatura de reacción óptima cuando se utilizaron discos, con anodizado de 30 voltios, resultó ser de 180 ºC El aumento en el número de estructuras de catalizador, tanto discos como mallas, durante el estudio de la variación de flujo permitió mantener conversiones por encima de 90% en la oxidación de tolueno. En la oxidación de acetato de etilo el aumento del número de estructuras de catalizador genera valores superiores al 70% en el caso de los discos y superiores al 90% en el caso de las mallas. Como resultado de dicho trabajo se comprobó que los catalizadores metálicos estudiados son eficientes en el tratamiento de los COVs seleccionados. Además, se demostró que el proceso de anodización permite generar una capa de alúmina sobre la superficie del soporte en la cual se puede impregnar la fase activa. Los catalizadores tipo disco con anodizados de 20 voltios presentaron temperaturas menores de reacción óptimas que los catalizadores tipo disco con anodizados de 30 voltios en la oxidación de tolueno. Los catalizadores tipo malla presentan mejores resultados que los catalizadores tipo disco en la oxidación de los COVs, cuando se disminuye el tiempo de contacto. Los catalizadores metálicos estudiados demostraron ser mejores que algunos tipos de catalizadores cerámicos sometidos a pruebas similares.