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SOPORTE PARA CATALIZADORES

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Nidia Vivero

on 14 April 2015

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SOPORTE PARA CATALIZADORES
Presentan como ventaja frente al uso de los soportes inorgánicos que son fácilmente funcionalizables y solubles en algunos disolventes favoreciéndose la movilidad del catalizador.
Soportes de uso más frecuente
Usos
Soportes en la industria
Es una sustancia, generalmente muy poco activa en la reacción, de gran superficie específica y porosidad, cuyo objetivo principal es extender el área del agente activo. Además de aumentar la superficie activa del catalizador.
La naturaleza del soporte juega un papel clave en la determinación de la selectividad del H2. Los soportes pueden promover la migración de los grupos del OH hacia las partículas de metal, catalizar la reacción de reformado o estabilizar las partículas de metal a altas temperaturas bajo corriente.
DEFINICIÓN
Características
• Debe ser inerte.
• Propiedades mecánicas (resistencia, dureza, atrición).
• Área superficial adecuada.
• Bajo costo.
• Alta porosidad
• Alta estabilidad en condiciones de reacción y regeneración.
a) Polímeros
b)Soporte inorgánico
El más utilizado es la sílice, aunque existen otros que se usan en menor medida como la alúmina, la zirconita y los óxidos de zinc. Sus ventajas son:
• Conservan un área superficial mucho más rígida que los polímeros
• Presentan una mayor estabilidad mecánica y térmica en comparación con los soportes poliméricos.
• Aportan estabilidad al catalizador
• Ayudan a mantener la actividad catalítica al no producirse transferencia de masa entre la fase líquida y la sólida.


Dependiendo del tamaño de poro estos materiales se clasifican en:
1. Microporosos con un diámetro de poro de 0,2-2,0 nm.
2. Mesoporosos (2,0-50,0 nm).
3. Macroporosos (poros de tamaño mayor de 50,0 nm).

1. Arcilla
Las arcillas son sedimentos de cristales muy finos, constituidos principalmente por filosilicatos hidratados de aluminio eventualmente con impurezas de otros minerales, como por ejemplo de cuarzo o limonita. Las arcillas son plásticas cuando son mojadas reteniendo su forma cuando se secan. Se les clasifica de acuerdo con los minerales de los filosilicatos predominantes que les confieren las propiedades muy importantes para su uso industrial.
2. Alúmina
Es el óxido de aluminio (Al2O3), junto con la sílice, es el ingrediente más importante en la constitución de las arcillas y los barnices, impartiéndoles resistencia y aumentando su temperatura de maduración.
El óxido de aluminio existe en la naturaleza en forma de corindón, y de esmeril. Ciertas piedras preciosas, como el rubí, el zafiro, son formas de alúmina coloreadas por indicios de óxidos de metales pesados; se pueden fabricar piedras artificiales por fusión en la llama oxhídrica. La alúmina Al2O3 se halla también en forma de óxidos hidratados que son los componentes de la Bauxita y de la laterita (esta consta principalmente de hidróxidos alumínico y férrico, sílice y menores proporciones de otros óxidos).

3. Carbón Activado
La aplicación del carbón activado en el mundo de la catálisis consiste básicamente en soporte de fases activas para varias reacciones. Su aplicación a mayor escala es como catalizador para la síntesis de acetato de vinilo y cloruro de vinilo, pero también es muy empleado en una gran variedad de sistemas metal noble carbón, utilizados en reacciones de hidrogenación y pilas de combustible. Los materiales carbonosos han sido empleados durante décadas en catálisis heterogénea para incrementar la velocidad y el control de la selectividad de muchas reacciones químicas. Los carbones cumplen algunos de los requisitos deseados para un buen soporte: inercia química, estabilidad (especialmente en ausencia de oxígeno molecular), resistencia mecánica, alta superficie y óptima porosidad.
4. Óxido de Titanio
El óxido de titanio se utiliza para múltiples aplicaciones, especialmente en fotocatálisis y como soporte de catalizadores. Desde los años setenta, sin embargo, el óxido de titanio ha sido objeto de una gran cantidad de estudios, debido a las interacciones que se establecen entre este material, utilizado como soporte, y las fases activas soportadas en él, tras ser reducidos a alta temperatura.

El TiO2 se utiliza como catalizador o soporte en la fase anatasa, en esta fase tiene aplicaciones importantes en la oxidación selectiva de hidrocarburos, descomposición del isopropanol, reducción catalítica selectiva del óxido nítrico, entre otros procesos.
5. Las zeolitas

Son aluminosilicatos cristalinos cuyas estructuras primarias están formadas por tetraedros de SiO4 4- y AlO4 5- donde los átomos de Si y Al se encuentran situados en el centro y los átomos de oxígeno en los vértices del tetraedro. Los tetraedros dan lugar a una red tridimensional de poros, canales y espacios abiertos denominados microporos. Estos tetraedros se encuentran organizados en subestructuras conocidas como bloques de construcción.
Estos bloques de construcción, a su vez, se combinan para formar diferentes estructuras cristalinas, cada una de ellas correspondientes a una zeolita.

a) Polimerización
Es una reacción química por la cual los reactivos, monómeros(compuestos de bajo peso molecular), forman enlaces químicos entre sí, para dar lugar a una molécula de gran peso molecular (macromolécula), ya sea esta de cadena lineal o de estructura tridimensional, denominada polímero.

Existen muchos tipos de polimerizaciones y varios sistemas de clasificación. Las categorías principales son:
• Polimerización por adición y condensación.
• Polimerización de crecimiento en cadena y en etapas.

b) Hidrogenación

Consiste en la adición química de hidrógeno a un hidrocarburo en presencia de un catalizador, una forma estricta de tratamiento por hidrógeno La hidrogenación puede ser destructiva o no destructiva. En el primer caso, las cadenas de hidrocarburo se rompen (desagrupan) y se añade hidrógeno en los puntos de ruptura. En el segundo, se añade hidrógeno a una molécula no saturada en relación al hidrógeno. En ambos casos, las moléculas resultantes son extremadamente estables.

c) Craqueo catalítico o cracking catalítico

Es un proceso de la refinación del petróleo que consiste en la descomposición termal de los componentes del petróleo en presencia de un catalizador, con el propósito de craquear hidrocarburos pesados cuyo punto de ebullición es igual o superior a los 315 °C, y convertirlos en hidrocarburos livianos de cadena corta cuyo punto de ebullición se encuentra por debajo de los 221 °C. Dichos catalizadores se presentan en forma granular o microesférica. Los catalizadores usualmente se componen por óxido de silicio (SiO2) y alúmina (Al2O3).

d) Isomerización
Es un proceso por el cual se eleva la calidad de la nafta liviana compuesta esencialmente por pentano y hexano. Este proceso se utiliza para reacomodar moléculas de cadena lineal en moléculas ramificadas. El uso primario de este proceso en una refinería es el de convertir el n-butano en isobutano , y convertir los hidrocarburos parafínicos normales
e) Deshidratación

Una reacción de deshidratación se define generalmente como una reacción química que implica la pérdida de una molécula de agua de la molécula de reaccionar. Reacciones de deshidratación son un subconjunto de reacciones de eliminación. Debido a que el grupo hidroxilo es un grupo saliente pobre, que tiene un catalizador ácido de Brönsted a menudo ayuda por protonación del grupo hidroxilo para dar el mejor grupo saliente,-OH2 .
Tipos de soportes para autos:
a) Monolitos cerámicos
Los monolitos cerámicos son cuerpos de cerámica atravesados por varios miles de pequeños canales, estos son recorridos por los gases de escape. La cerámica se compone de magnesio-aluminio-silicato y es resistente a altas temperaturas.
El monolito, que reacciona de modo extremadamente sensible a tensiones mecánicas, está fijado dentro de un cuerpo de chapa. Para ello se emplean esteras minerales de hinchamiento, que en el primer calcinamiento se expanden permaneciendo en este estado y sirven al mismo tiempo de elemento estanqueizante frente a los gases de escape.
b) Monolitos metálicos
El catalizador metálico es una alternativa, al monolito cerámico. Consiste en un arrollamiento de una delgada hoja metálica finamente ondulada de 0,05 mm de espesor, habiendo sido soldado en un proceso de alta temperatura. Gracias a las delgadas paredes se pueden disponer mas canales sobre una misma superficie. Eso significa una menor resistencia para los gases de escape, lo que aporta ventajas para la optimización del rendimiento de motores de alta potencia.


Tiene como misión disminuir los elementos contaminantes contenidos en los gases de escape de un vehículo mediante la técnica de la catálisis.
Se trata de un dispositivo instalado en el tubo de escape, cerca del motor, ya que ahí los gases mantienen una temperatura elevada.
Esta energía calorífica pasa al catalizador y eleva su propia temperatura, circunstancia indispensable para que este dispositivo tenga un óptimo rendimiento, que se alcanza entre los 400 y 700 grados centígrados.

Catalizador de un auto
Tipos de soporte
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