Quimisorción de dióxido de azufre sobre oxido de cromo

Resumen: Se utilizó la técnica experimental desorción térmica programada (TPD) para investigar la interacción de SO2 con Cr2O3 policristalino. Se estudió, además, la adsorción de SO2 sobre la superficie (0001) de Cr2O3 utilizando la teoría del funcional densidad (DFT). Se exploraron diferentes geometrías de adsorción para la molécula de SO2 sobre la superficie α-Cr2O3(0001). Dos configuraciones de adsorción similares resultaron ser las más estables, con energías de quimisorción de -3.09 y -2.79 eV/mol. Estas corresponden a la formación de especies sulfito sobre la superficie. Es importante destacar que estos resultados fueron predichos sólo dentro del marco de DFT+U. Bajo estas condiciones y a pesar de los grandes esfuerzos, no se encontraron especies sulfato estables sobre dicha superficie. El espectro TPD presenta un pico de desorción de Tp ≈ 870 ºC con una velocidad de calentamiento de β ≈ 0.12 ºC/seg. La energía de desorción calculada mediante los análisis propuestos por Redhead y Adams, suponiendo que la velocidad de desorción está dada por la ecuación de Polany-Wigner, es ≈ -3.12 eV. Este valor está de acuerdo con el predicho mediante los cálculos teóricos. Para nuestro conocimiento, éste es el primer estudio teórico de adsorción de SO2 sobre la superficie de Cr2O3(0001).

Estudio de la factibilidad de aplicación, a escala planta piloto, del catalizador Cr2O3/Al2O3 en la reducción de emisión de SO2 a la atmósfera, proveniente de fuentes fijas : avances 2013

Resumen: Se planificaron las experiencias con el objeto de analizar el comportamiento del catalizador en la columna metálica de mayor diámetro. Se modificaron las masas usadas para verificar la eficiencia de retención respecto de la masa. Se realizaron ciclos de adsorción, desorción y readsorción sobre una misma muestra para determinar variaciones en la eficiencia del catalizador. En otra fase, en colaboración con el Dr. V. A. Ranea y el Dr. E. E. Mola (INIFTA, UNLP), se desarrolló el estudio teórico de la adsorción de moléculas de SO2, CH4, CO2, O2 y CO sobre Cr2O3(0001) mediante Teoría del Funcional Densidad (programa VASP, Vienna Ab-initio Simulation Package), y el estudio de la cinética de la reacción entre CH4, SO2 y el O2 junto con la presencia de especies sulfito y sulfato. Este estudio permitió hallar los sitios preferenciales de adsorción de S0 y la posible competencia con SO2 experimentalmente y por cálculos teóricos. Experimentalmente, se observa que la eficiencia de adsorción del catalizador respecto al SO2 es cercana al 100%. Se observa un pico de termodesorción a 1120 K. Luego, se estudió la oxidación de CH4 con SO2. Se observa que hay producción de CO2 desde temperatura inicial, seguida de un aumento significativo en la formación de CO2 hasta 330-340 K. Luego, la producción de CO2 se mantiene aproximadamente constante. Mediante el empleo de la ecuación de Arrhenius y resultados experimentales, se obtuvo la energía de activación de la reacción global, de 7 Kcal/mol. Mediante estudios teóricos, se determinó que la energía de quimisorción del SO2 sobre el Cr2O3 es de -3.09 eV para la configuración más estable, una energía de adsorción de O2 en estado disociativo de -1.567 eV, una energía para CH4 sobre O2 adsorbido previamente de -0.335 eV, y -0.812 eV para la configuración más estable de CO2 sobre el sustrato.

Estudio de la factibilidad de aplicación, a escala planta piloto, del catalizador Cr2O3 soportado en alúmina en la reducción de emisión de SO2 a la atmósfera, proveniente de fuentes fijas : avances 2012

Resumen: Se realizaron las experiencias planificadas con el objeto de analizar el comportamiento del catalizador en la columna metálica, para simular condiciones de planta piloto. Se modificaron las masas de catalizador y se realizaron ciclos de adsorción, desorción y readsorción sucesivos sobre una misma muestra, con lo que se determinaron variaciones en la eficiencia del mismo. En otra fase se desarrolló el estudio teórico de la adsorción de O2 y CO2 sobre el mismo sustrato, y el estudio de la cinética de la reacción entre CH4, SO2 y el O2 por medio del programa VASP (Vienna Ab-initio Simulation Package). Se verificó, a través de los datos experimentales y teóricos y en colaboración con el Dr. V. A. Ranea y el Prof. E. E. Mola (INIFTA, UNLP), la presencia de especies sulfito y sulfato sobre la superficie del soporte. Experimentalmente, se observa que la eficiencia de adsorción del catalizador respecto al SO2 es cercana al 100%. Se observa un pico de termodesorción a 1120 K. Luego, se estudió la oxidación de CH4 con SO2. Se observa que hay producción de CO2 desde temperatura inicial, seguida de un aumento en la formación de CO2 hasta 330-340 K. Luego, la producción de CO2 se mantiene aproximadamente constante. Mediante el empleo de la ecuación de Arrhenius y resultados experimentales, se obtuvo la energía de activación de la reacción global, de 7 Kcal/mol. También se observó que el incremento del flujo de SO2 a valores superiores a 200 ml/min no incrementa la cantidad de SO2 retenida en el rango de 923-1023K. Para un incremento de masa de sustrato catalítico de 0,025 a 0,050 g, la masa retenida de SO2 se incrementa un 70,61%. Mediante estudios teóricos, se determinó que la energía de quimisorción del SO2 sobre el Cr2O3 es de -3.09 eV para la configuración más estable.

Estudio de la factibilidad de aplicación, a escala planta piloto, del catalizador Cr2O3, soportado en alúmina, en la reducción de emisión de SO2 a la atmósfera proveniente de fuentes fijas

Resumen: Se propone utilizar un óxido como el Cr2O3 como catalizador ya que se ha determinado anteriormente, en la primera etapa de esta investigación, (“Estudio comparativo de la retención de SO2 sobre óxidos de metales de transición soportados en alúmina”), que la retención de SO2 sobre su superficie es un proceso de quimisorción con formación de especies sulfito superficiales sobre sitios básicos y un proceso de óxido reducción del ión metálico. Apoya este mecanismo el hecho de que la cantidad de SO2 adsorbido es función de la temperatura. La mayor eficiencia del Cr2O3 puede explicarse en base a sus propiedades superficiales, lo cual ha sido utilizado en la segunda etapa de reacción de reducción, ya que se ha completado la etapa inicial de quimisorción. En la segunda etapa de esta investigación (“Estudio de la reacción de reducción de SO2 con CH4 a altas temperaturas sobre catalizador de Cr2O3 soportado en alúmina”), se apuntó al estudio de un nuevo tipo de sinergia entre propiedades ácido-base y propiedades redox en una misma superficie. La tercera etapa apuntó a determinar la influencia que tiene el O2 en este proceso, ya que el O2 se encuentra presente en las chimeneas industriales en las condiciones de reacción entre el SO2 y el CH4, y produce modificaciones en los parámetros de reacción. Se experimentó con diferentes masas de catalizador y flujos de los distintos gases, y se estudió la influencia de la presencia de oxígeno en la reacción y particularmente con diferentes flujos del mismo, y la posibilidad de regeneración del catalizador.En esta cuarta y última etapa se están estudiando los cambios que se producen en la reacción al pasar de escala laboratorio a planta piloto utilizando una columna de mayor diámetro construída en metal. A través de los datos experimentales se está estudiando, en conjunto con el INIFTA, la presencia de especies sulfito y sulfato sobre la superficie del soporte. Adicionalmente, por medio del programa VASP (Vienna Ab-initio Simulation Package), se analiza la interacción entre los reactivos gaseosos y el soporte.

Estudio a escala laboratorio y planta piloto, de la adsorción de NO y SO2, sobre CR2O3/AL2O3 a altas temperaturas, provenientes de fuentes fijas

Resumen: Se planificaron las experiencias con el objeto de analizar el comportamiento del catalizador en la columna metálica de mayor diámetro. Se modificaron las masas usadas para verificar la eficiencia de retención respecto de la masa. Se realizaron ciclos de adsorción, desorción y readsorción sobre una misma muestra para determinar variaciones en la eficiencia del catalizador. En otra fase, en colaboración con el Dr. V. A. Ranea y el Prof. E. E. Mola (INIFTA, UNLP), se desarrolló el estudio teórico de la adsorción de moléculas de SO2, CH4, CO2, O2 y CO sobre Cr2O3(0001) mediante Teoría del Funcional Densidad (programa VASP, Vienna Ab-initio Simulation Package), y el estudio de la cinética de la reacción entre CH4, SO2 y el O2 junto con la presencia de especies sulfito y sulfato. Este estudio permitió hallar los sitios preferenciales de adsorción de Sº y la posible competencia con SO2 experimentalmente y por cálculos teóricos. Dentro del marco de la presente línea de investigación, la Ing. Sabrina Hernández Guiance continúa realizando experiencias en el marco del proyecto conjunto con el INIFTA, las cuales forman parte del desarrollo de su tesis doctoral. Experimentalmente, se observa que la eficiencia de adsorción del catalizador respecto al SO2 es cercana al 100%. Se observa un pico de termodesorción a 1120 K. Luego, se estudió la oxidación de CH4 con SO2. Se observa que hay producción de CO2 desde temperatura inicial, seguida de un aumento significativo en la formación de CO2 hasta 330-340 K. Luego, la producción de CO2 se mantiene aproximadamente constante. Mediante el empleo de la ecuación de Arrhenius y resultados experimentales, se obtuvo la energía de activación de la reacción global, de 7 Kcal/mol. Mediante estudios teóricos, se determinó que la energía de quimisorción del SO2 sobre el Cr2O3 es de -3.09 eV para la configuración más estable, una energía de adsorción de O2 en estado disociativo de -1.567 eV, una energía para CH4 sobre O2 adsorbido previamente de -0.335 eV, y - 0.812 eV para la configuración más estable de CO2 sobre el sustrato.