Síntesis de catalizadores de fe-mo soportados sobre sílice para la oxidación selectiva de metano hasta formaldehído

Abstract

Materiales de hierro-molibdeno soportados sobre sílice fueron obtenidos por el método sol-gel para evaluar su actividad catalíti-ca en la reacción de oxidación selectiva de metano hasta formaldehído. Este método permite obtener un área superficial extensa y una alta dispersión de los metales sobre la superficie amorfa de la sílice. Se prepararon siete (7) catalizadores, uno del soporte de sílice, otro con carga de Fe 0,5% sin molibdeno, y los otros cinco (5) con la misma carga de Fe 0,5% pero con cargas varia-bles de molibdeno entre 0,1-1,0% en peso. Las mayores áreas BET fueron del orden de 830 y 879 m2.g-1 para los catalizado-res 2 (Fe0,5%-Mo0%) y 4 (Fe0,5%-Mo0,3%), con porcentajes promedio de 28% de microporosidad y 47% de mesoporosidad. La difracción de rayos X confirma la estructura amorfa de los catalizadores. El espectro TPR mostró bajo consumo de hidrógeno, atribuido a la ausencia de especies aisladas de Fe y Mo. El análisis ESCA registró la misma relación atómica Fe/Mo en la super-ficie del catalizador como en el bulk. La actividad catalítica es determinada a presión atmosférica, con mezcla de reacción CH4/O2/N2 =7.5/1/4, intervalo de temperatura 400-800 °C. Los catalizadores 4 (Fe0,5%-Mo0,3%), 5 (Fe0,5%-Mo0,5%) y 7 (Fe0,5%-Mo1,0%) presentan la mayor conversión de metano, mientras los catalizadores 5 (Fe0,5%-Mo0,5%), 4 (Fe0,5%-Mo0,3%), 2 (Fe0,5%-Mo0%) y 7 (Fe0,5%-Mo1,0%) dan los mejores resultados de producción de formaldehído. Para el cataliza-dor 4 (Fe0,5%-Mo0,3%), la mayor conversión (4,07 mol%) se presenta a 700 °C. A esta temperatura la producción de formal-dehído es de 202,0 gHCHO.kg-1cata.h-1.

The selective oxidation of methane to formaldehyde was analysed using iron-molybdenum catalysts supported on silica prepared by the sol-gel method which leads to obtaining a greater surface area and high iron and molybdenum metal dispersion on the si-lica’s amorphous surface. Seven catalysts were prepared, one of them as silica support, another as 0.5% wt iron load without molybdenum and the remaining five having 0.1%-1.0% weight molybdenum and 0.5% wt iron loads. The highest BET areas were 830 and 879 m2.g-1 for catalysts 2 (0.5% Fe - 0% Mo) and 4 (0.5% Fe - 0.3% Mo) respectively, having 28% average micropo-rosity and 47% average mesoporosity. X-ray diffraction confirmed the catalysts’ amorphous structure. The TPR spectrum showed low hydrogen consumption attributed to the absence of isolated Fe and Mo species. ESCA analysis revealed the same Fe/Mo a-tomic ratio on the catalyst surface as in the bulk preparation. Catalytic activity was carried out at atmospheric pressure, CH4/ O2/N2 = 7.5/1/4 reaction mixture, 400-800°C temperature interval. Catalysts 4 (0.5% Fe - 0.3% Mo), 5 (0.5% Fe - 0.5% Mo) and 7 (0.5% Fe - 1.0% Mo) displayed greater methane conversion, whereas catalysts 5 (0.5% Fe - 0.5% Mo), 4 (0.5% Fe - 0.3% Mo), 2 (0.5% Fe - 0% Mo) and 7 (0.5% Fe - 1.0% Mo) gave better formaldehyde product results. The highest conversion per- centage (4.07% mol) was presented at 700°C for catalyst 4 (0.5% Fe-0.3% Mo). Formaldehyde yield was 202,0 gHCHO.kg-1 cata.h-1 at this temperature.