Catalizadores fe/sio2 para la oxidación selectiva de metano hasta formaldehido

Abstract

La oxidación selectiva de metano a formaldehido fue analizada con catalizadores de hierro soportados sobre sílice preparados por el método sol-gel, el cual permite obtener gran área superficial del soporte facilitando una alta dispersión del hierro sobre la matriz amorfa de la sílice. Se prepararon siete (7) catalizadores, uno de ellos correspondiente al soporte de sIlice, otros cinco (5) con cargas de hierro entre 0,1-0,5 % en peso. El catalizador No. 7 (0,5% Fe en peso) se prepara con control de pH neutro y resultó de características más homogéneas ya que no se presentaron especies aisladas de hierro, corroborado por análisis SEM y TEM. Las áreas BET mayores son del orden de 1 757 y 993 m2.g-1 para los catalizadores de 0,5% Fe, con porcentajes promedio del 36% de microporosidad y 43% de mesoporosidad. La difracción de rayos X confirma la estructura amorfa del catalizador. La actividad catalítica es realizada con el catalizador No. 7 a presión atmosférica en reactor de cuarzo, mezcla de reacción CH / 0 /N =7.5/1/4, intervalo de temperatura 400-750°C. Los productos de reacción son analizados por cromatografía 2 2 de gases con TCD. Los catalizadores heterogéneos presentan mayor conversión de metano pero con selectividad al metanol, mientras que el catalizador homogéneo No. 7 da mejores resultados en formaldehido. Para el catalizador 7, el porcentaje más alto de conversión (8,60 mol%) se presenta a 650°C. La selectividad al formaldehido está en 50 mol% entre 600-650°C y en este intervalo se encuentra el máximo rendimiento (0,31 g HCH0/kg catalizador), considerando así que la temperatura de operación es de 650°C.

Selective oxidation of methane to formaldehyde was analysed with iron catalysts supported on silica prepared by the sol-gel method, leading to obtaining a large support surface area facilitating high dispersion of iron on silica’s amorphous surface. Seven catalysts were prepared; one of them corresponded to the silica support and another five having an iron load 0.1-0.5% in weight. Catalyst 7 (0.5% Fe in weight) was prepared with neutral pH control and had the most homogeneous characteristics since it did not present isolated iron species, corroborated by SEM and TEM analysis. The highest BET areas were 1,757 and 993 m2.g-1 for 0.5% Fe catalysts, having an average 36% microporosity and 43% mesoporosity. X-ray diffraction confirmed the catalyst’s amorphous structure. Catalytic activity was carried out with catalyser 7 at atmospheric pressure in a quartz reactor using a CH /0 /N =7.5/1/4 reaction mixture at 400-750°C temperature 4 2 2 range. Reaction products were analysed by gas chromatography with TCD. The heterogeneous catalysts displayed greater methane conversion (but with methanol selectivity) whereas homogenous catalyst 7 gave better results regarding formaldehyde. The highest conversion percentage (8.60% mol) for catalyser 7 was presented at 650°C. Formaldehyde selectivity was 50% mol in the 600-650°C range and maximum yield (0.31g HCH0/Kg catalyst) was found in this range; it was thus considered that 650°C for the reaction was thereby the best operating temperature.