Universidad Juárez Autónoma de Tabasco División Académica Académica de Ciencias Básicas
Práctica No. 2 “Prearación de! cata!izador de CuPt"Ti#2$%r#2& 'étodo redo( o de “recar)a*
+aboratorio de Catá!isis Pro,esor& Dr. José -i!berto Torres Torres
/uio No. 0 'anue! Pérez Carrasco Anais strada Tosca A!am 1air 1air ida!)o de !os 3antos !vis 'ora!es 'ora!es
Noviembre 2405
6ntroducción Los catalizadores bimetálicos son ampliamente utilizados para la transformación de la materia prima natural e industrial a los productos útiles. Mejorar el rendimiento catalítico (actividad, selectividad y durabilidad) y reducir al mínimo el contenido de metales nobles son los principales avances de catalizadores bimetálicos. na variedad de m!todos "a sido utilizada con !#ito para preparar catalizadores bimetálicos con una actividad catalítica mejorada y propiedades catalíticas únicas. $omúnmente, las nanopartículas bimetálicas se sintetizan en un sol estabilizado y lue%o están soportados en un portador, sin embar%o, las soluciones sólidas inestables se forman a menudo de esta manera. &tro inconveniente es la eliminación del a%ente estabilizado. La deposición no selectiva de metales (m!todos de impre%nación, co'precipitación) conduce a la formación de las partículas bimetálicas con la presencia de los monometálicos tambi!n. demás, la estructura de las partículas bimetálicas es difícil de controlar. or lo tanto, el principal problema en la preparación de catalizadores soportados bimetálicos es la formación selectiva de un área de contacto prolon%ado entre las fases monometálicos en un área de contacto entre las partículas desarrollado (a%rupaciones, especies utilizan amorfas, nanocristalinos). *l principal problema cuando se preparan catalizadores es crear interacciones entre dos metales. *l m!todo clásico de coimpre%nación o impre%nación sucesiva de dos sales metálicas frecuentemente con resultados pobres+ debido a esto se "an %enerado nuevos m!todos de síntesis. *n todos los casos de estas t!cnicas, necesitan la preparación de un catalizador monometálico (llamado catalizador aparente), el cual+ es modificado por la adición del se%undo metal. *stos cambios ocurren a trav!s de una reacción selectiva, ue por lo %eneral+ es lenta en la superficie de las partículas metálicas del catalizador aparente. Las -nteracciones metal'metal se pueden %enerar a trav!s de una reacción redo# ue ocurre en fase liuida entre un a%ente reductor presente o adsorbido en el
metal del catalizador aparente y la forma o#idada del se%undo metal.
La
naturaleza del reductor dependerá del m!todo a emplear /.' 0íntesis de catalizadores bimetálicos por una reacción o#ido'reducción, el reductor es el ue modifica, en este caso es el metal aparente. 1.' 0íntesis de catalizadores bimetálicos por reacción redo# de un reductor adsorbido, el reductor es preadsorbido en la superficie metálica del catalizador aparente ("idró%eno es el más empleado).
Antecedentes La deposición selectiva de un metal sobre la superficie de otro metal se puede realizar por m!todos redo#. Los m!todos redo# propuestas se basan en la reducción del se%undo metal M1 iones ya sea por el pre apoyado primer metal M/ (reacción redo# directa, 233) o por un a%ente reductor adsorbido sobre la superficie de la primera metal, por ejemplo, "idró%eno (la reacción redo# con especies adsorbidas, 33). Las confi%uraciones electrónicas más e#ternas, el radio atómico de los metales, y la temperatura baja preparación parecen ser factores importantes para los diferentes estados de estos catalizadores bimetálicos, y el M1 puede ser una monocapa dispersada en la superficie de M/ o las soluciones sólidas de superficie, e incluso se forman las partículas de tama4os comparables. La deposición del M1 puede ser inducida con "idró%eno adsorbido bajo un %as inerte (M/ 5 d, t) o sólo en virtud de un flujo de %as (M/ 5 3", M1 5 $u). *l elevado potencial electrouímico de M16 7 M1n8 no %arantiza la deposición completa. La naturaleza del soporte de ó#ido afecta el carácter y la inte%ridad de la deposición M1 tambi!n. Los catalizadores bimetálicos soportados preparados a trav!s de la deposición redo# se "an estudiado en las reacciones en fase %aseosa de "idro%enación de tolueno, des"idro%enación de ciclo"e#ano, la o#idación de "idrocarburos, la purificación de %ases de escape y en las reacciones en fase líuida ("idro%enación de citral, "idro%enólisis de %licerol). 0in embar%o, las propiedades catalíticas de los catalizadores bimetálicos preparados por redo# sobre soportes de ó#ido son poco estudiados, especialmente en la catálisis ambiental y transformaciones catalíticas de los productos derivados de la biomasa.
37ntesis de bimetá!icos or una reacción o(ido$reducción.
na reacción típica redo# se puede e#presarse como
⇔
Ox 1 +¿2 ❑ Ox 2+ ¿1
*/
La reacción %lobal se puede definir por potenciales de euilibrio de dos semi' reacciones ⇔
−¿ ❑ ¿1
O x 1 + Z 1 e
¿
*1
⇔
−¿❑ ¿2 Ox 2 + Z 2 e
¿
*9
*stos potenciales se pueden calcular a partir de la ley de :ernst
0
E1= E 1+
aO x RT ln Z 1 F a¿
*;
aO x RT ln Z 2 F a¿
*<
1
1
0
E2= E 2+
2
2
aOx
2onde
a¿
y
son las actividades de las especies o#idantes y el reductoras.
La diferencia entre los potenciales de euilibrio determina el valor de la ener%ía libre y la dirección en la ue se llevara a cabo la reacción de la ecuación /. ∆ G=− Z 1 Z 2 F ( E1 − E2 )
ara
E1 > E2
reductor
¿2
, .
∆G
*=
será ne%ativa y el o#idante
Ox1
será reducido por el
37ntesis de cata!izadores bimetá!icos or reacción redo( de un reductor adsorbido.
Los catalizadores bimetálicos se pueden sintetizar a partir de un reductor ue se adsorbe de manera selectiva en la superficie de un metal. *l ion del se%undo metal será reducido en la superficie donde se encuentra adsorbido el reductor. *sta t!cnica "a sido e#tensamente estudiada por 0zabo uien, empleo "idro%eno como reductor, nombro la t!cnica como >adsorción de iones metálicos vía ionización de "idro%eno adsorbido?. *sta t!cnica reuiere ue el metal aparente pueda uimisorber "idro%eno (t, d, 3", 3u, etc) y al introducir el se%undo este sea reducible por el "idro%eno ($u, -r, 3e, 3", d,t, u, etc).
'ateria!es 1 @aso de precipitado /66 mL
/ Matraz de bola 1<6 mL
/ robeta <6 mL
arrilla *l!ctrica
/ @idrio de reloj
3otavapor
/ *spátula
*uipo 3edo# o 3ecar%a
8eactivos 0ulfato de cobre $u0&; Acido $loroplatínico B1t$l= %ua B1& Acido $lor"ídrico B$l
'etodo!o)7a Pesar la sal de Cu y diluirla en 15mL de Agua
Pesar el catalizador y colocarlo en el
Colocar la dilución de la sal de Cu en el
Im re nación del Calcinarlo por 4 horas a 400°C con fuo de aire!
$l Catalizador )ue colocado en el sistema para la recarga
+e $l sólido deó por se %ltró& #0min se la"ó a y se secó agitación a 1'0°C constante por 1' horas con
Recarga del Pt
+e hizo pasar hidrógeno y se incrementó la temperatura a #00°C por una
Colocar en el rota "apor por # horas
Posteriormente la muestra se en)rió a temperatura ambiente
(inalmente )ueron reducidos +e hizo pasar a #00°C con un fuo de * ' y nitrógeno para +e adicionó la con una "elocidad de eliminar el e-ceso solución del Pt calentamiento de '°C por de hidrógeno usando *Cl min durante 1 hora
Cá!cu!os 1% de soporte /C de $u 16m% de $u 8 0oporte /.DE6 % M $u5 =9.<;= % $u0&;5 1;D.=E %7mol Cu=
63.546 249.68
20 mg 0.2545
=25.45
=78.58 mg
1% de soporte /C de t 16m% de t 8 0oporte /.DE6 % M t5 /D<.6= % B1t$l=5
195.08 517
20 mg 0.3767
=37.67
=53.09 mg
8esu!tados 0e obtuvieron 1% de catalizador $ut7Gi& 1'Hr&1 con /C de $u y t por el m!todo 3edo# o 3ecar%a.
#bservaciones *l $u se a%re%ó inicialmente en el catalizador por un m!todo de impre%nación, el catalizador tomo un color azul por la presencia de cobre y posteriormente se calcino. *l t se a%re%ó por el m!todo de recar%a, este m!todo es muy tardado. *l catalizador al final se lo%raba ver "úmedo y de color %ris, esto nos indica ue "ay presencia de t.
Conc!usiones 0e obtuvieron 1 % de catalizador por el m!todo redo# o recar%a. *l color del catalizador paso de color azul (presencia de $u) a color %ris (presencia de t), posteriormente los catalizadores serán caracterizados por v'@is y Iisisorción de :1 para determinar su área superficial.
8e,erencias /. *.. 3edina, &.. Jiric"enKo, .. reis", .@. Juc"erov, &.. GKac"enKo, .-. Japustin,-.@. Mis"in, L.M. Justov. reparation of bimetallic %old catalysts by redo# reaction ono#ide'supported metals for %reen c"emistry applications. $atalysis Goday 1;=, 1/=19/ (16/<). 1. Nanbin% H"an%, Nuyin% H"en%, OiePan%, Oiulian Lu. reparation of Mn' Ie$:Gs catalysts by redo# co'precipitation and application in loQ' temperature :& reduction Qit" :B 9. $atalysis $ommunications =1,
