catálisis heterogénea

Catlisis HeterogneaM.C. Manuel Romn Aguirre

Negocio$$$$En Mxico, en la dcada pasada tan solo la industria petroqumica consuma mas de: 10, 000 ton/ao de catalizadores equivalente a mas deUS$ 300,000,000.00 S. Fuentes. Appl. Catal. A. general, 142 (1996) 179-181Downstreamtoday.comM. C. Manuel Romn Aguirre

Vida cotidianaEl 80 % de los productos qumicos requiere al menos un proceso cataltico, es decir, al menos un catalizadorM. C. Manuel Romn Aguirre

CatalizadorUna entidad que cambia la velocidad de una reaccin qumica tomando parte ntimamente en ella pero sin llegar a ser un producto

J. Blanco, R. Linarte, Catlisis: fundamentos y aplicaciones industriales. 1ra Ed. Trillas, Mxico, 1976M. C. Manuel Romn Aguirre

Reaccin catalizadaM. C. Manuel Romn Aguirre

Catalizador HeterogneoEs un catalizador que no se encuentra en la misma fase que el medio de reaccin. Por ejemplo: Un catalizador slido en un sistema gaseosoM. C. Manuel Romn Aguirre

Catlisis heterogneaCatalizador slidoCOCONONO2CO + 2NO 2CO2 + N2M. C. Manuel Romn Aguirre

La vida diariaM. C. Manuel Romn Aguirre

Fisicoqumica Fenmenos de adsorcin y desorcinFormacin de complejos intermedios Energas de activacinCintica M. C. Manuel Romn Aguirre

Fisicoqumica Langmuir: Premio Nobel de Quimica 1932M. C. Manuel Romn Aguirre

FisicoquimicaDifusin de reactivos desde la masa de fluido a la superficie del catalizadorDifusin de reactivos a travs de los poros del catalizadorAdsorcion de los reactivos sobre la superficie del catalizadorTransformacin qumica de las especies adsorbidasDesorcin de los productosDifusin de los productos a travs de los porosDifusin de los productos desde la superficie del catalizadorM. C. Manuel Romn Aguirre

Fisicoqumica: Adsorcin, reaccin y desorcinC2H2 + H2 C2H6NiAdsorcin de los reactivos a la superficie del catalizadorFormacin de complejos intermedios(ruptura y formacin de enlaces)desorcin de los reactivos de la superficie del catalizadorNiM. C. Manuel Romn Aguirre

Fisicoqumica: energa de activacinEEa = EI - EREREPEIDHR = Ep- EREa = Energa de activacinDHR = Calor de reaccinC2H2 + H2 C2H6M. C. Manuel Romn Aguirre

EFisicoqumica: energa de activacinM. C. Manuel Romn AguirreC2H2 + H2 C2H6Ni

EM. C. Manuel Romn AguirreFisicoqumica: energa de activacinEl catalizador, disminuye la barrera de energa que deben vencer los reactivos para llegar a productos

Velocidad controlada por la difusin (que tan rpido difunden los reactivos a la superficie del catalizador o los productos hacia el flujo de reactivos))

Velocidad controlada por la adsorcin-desorcin (que tan rpido se adsorben los reactivos a la superficie o que tan rpido se desorden los productos de la superficie)

Velocidad controlada por la reaccin (que tan rpido se consumen los reactivos y se forman los productos)

M. C. Manuel Romn AguirreFisicoqumica: Cintica

La velocidad global del proceso cataltico est dominada por el fenmeno mas lento


Velocidad de reaccinVelocidad de difusinTVelocidadVelocidad realM. C. Manuel Romn AguirreFisicoqumica: Cintica

v = kgA a(pAg-pAi )M. C. Manuel Romn AguirreFisicoqumica: Cinticav = Velocidad de difusinkgA = coeficiente de difusin a = rea superficial del catalizadorpAg = presin parcial de A en el flujo de gaspAi = presin parcial de A en la superficie del catalizador

A + l AlM. C. Manuel Romn AguirreFisicoqumica: Cinticav = velocidad de adsorcinK= constante de equilibrioL = concentracin total de sitios activos por unidad de masa CAl = Concentracin de la especie AlCl = concentracin de sitios activos librespAi = presin parcial de A en la superficie del catalizadorK = CAlCl pAkkv = k Cl pA kCAl

Al + Bl Cl + DlM. C. Manuel Romn AguirreFisicoqumica: Cinticav = velocidad de reaccion de las especies adsorbidasK= constante de equilibrioCi = concentracin de la especie i k y kAl = Constantes de velocidad

K = CClkkv = k CAl Cbl kCCl CDlCDlCAlCBl

Caractersticas de inters en un catalizador slidorea superficialDimetro de poroNmero de sitios activosPropiedades mecnicasEstabilidad trmica y qumicaACTIVIDADCOSTOM. C. Manuel Romn Aguirre

SuperficieM. C. Manuel Romn AguirreEl rea superficial aumenta con la porosidad

SuperficieM. C. Manuel Romn AguirreEl rea superficial aumenta con la disminucin del tamao de partcula.

Dimetro de poroEl dimetro de poro debe ser suficientemente grande para que los reactivos puedan entrar e interaccionar con la superficieM. C. Manuel Romn Aguirre

SuperficieM. C. Manuel Romn Aguirre

Soporterea superficialm2/gDimetro de poro()MCM-41 (SiO2)1000-150015-40Slice nanomtrica200- 400NACarbn activado2000 a 30008

Sitios activosM. C. Manuel Romn Aguirre

Estabilidad trmicaEl catalizador, ya sea en su fase activa o en el soporte, no debe degradarse, colapsar, o cambiar de fase o estructura a la temperatura tpica de reaccinM. C. Manuel Romn Aguirre

Estabilidad qumica El catalizador, no debe deteriorarse con el medio reaccionante (arrastrarse en la reaccion, contaminarse (envenenarse), cambiar su composicion quimica, etc.)M. C. Manuel Romn Aguirre

Estabilidad qumicaEl catalizador, no debe deteriorarse con el medio reaccionante (arrastrarse en la reaccion, contaminarse (envenenarse), cambiar su composicion quimica, etc.)M. C. Manuel Romn Aguirre

Actividad, selectividad y estabilidadActividad: es una medida de la velocidad de la reaccin en relacin al catalizador utilizado:M. C. Manuel Romn Aguirre

Selectividad: es el cociente entre los moles de producto deseado obtenidos y los moles de reactivo consumidosActividad, selectividad y estabilidadM. C. Manuel Romn AguirreA + B CA + B DA: REACTIVO LIMITANTEC: PRODUCTO DESEADONA0: MOLES INICIALES DE ANA: MOLES REMANENTES DE ANC: MOLES PRODUCIDAS DE C

Estabilidad: es la medida de la capacidad de un catalizador para convertir reactivos en productos durante su tiempo de vida:Actividad, selectividad y estabilidadM. C. Manuel Romn Aguirre

Ventajas y desventajas de la catlisis heterogneaM. C. Manuel Romn Aguirre

Cat.HomogneaCat. HeterogneaCondiciones de reaccin Suaves SeverasSeparacin de productos y cat. Difcil FcilRecuperacin del catalizador Caro No RequiereEstabilidad trmica catalizador Baja AltaTiempo de vida del catalizador Variable AltoActividad Alta VariableSelectividad Alta Media-bajaSensibilidad al envenenamiento Baja AltaDeterminacin de propiedades estricas y electrnicas del catalizador Viable Muy DifcilDeterminacin del mecanismo Frecuente Muy DifcilProblemas de difusin Bajo Importantes

Clasificacin de los catalizadores heterogneosM. C. Manuel Romn AguirreJ. Blanco, R. Linarte, Catlisis: fundamentos y aplicaciones industriales. 1ra Ed. Trillas, Mxico, 1976

Tipo de fase activaProcesos industrialesEjemplosMetalesHidrogenacin, deshidrogenacion, combustin total, metanacin, oxidacinNi, Pd, Pt, Agxidos metlicos semiconductoresOxidacin, deshidrogenacin, hidrodealquilacin, desproporcin de olefinas, polimerizacin, hidrogenacinCr2O3, V2O5, MoO3Sales metlicasHidrodesulfuracin, oxicloracinCoS, NIS, CuCl2xidos metlicos aisladores (cidos y bases)Isomerizacin, deshidratacin, desintegracin cataltica, alquilacin, hidratacinAl2O3, SiO2-Al2O3, MgOBifuncionalesReformacinPt/Al2O3

Catalizadores en la industria qumica (petroqumica bsica)M. C. Manuel Romn Aguirre

Catalizadores en la industria qumica (agricultura)Proceso de produccin de amoniaco (NH3)M. C. Manuel Romn Aguirre

Catalizadores en la industria qumica (agricultura)Planta de produccin de amoniaco (NH3)M. C. Manuel Romn Aguirre

Catalizadores en la industria qumica (frmacos)M. C. Manuel Romn Aguirre

Catalizadores en energas alternativas (Celdas de combustible)M. C. Manuel Romn Aguirre

CH4 + H2O CO + 3H2

CO + H2O CO2 + H2

CnHm + n H2O nCO + (n + m/2) H2Catalizadores en energas alternativas (produccin de hidrgeno)M. C. Manuel Romn Aguirre

Catalizadores en energas alternativas (produccin de hidrgeno)M. C. Manuel Romn Aguirre

Catalizadores en energas alternativas M. C. Manuel Romn AguirreProyecto CUTE(Clean Urban Tranport for Europe)

Fotocatlisis sobre TiO2Catalizadores: Contaminacin ambientalM. C. Manuel Romn Aguirre

Catlisis: InvestigacinM. C. Manuel Romn Aguirre

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# de Articulos

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# de Articulos

Hoja2

Hoja3

Catlisis: InvestigacinLineas de investigacion en CIMAVMateriales catalticos nanoestructuradosCatalizadores para celdas de combustibleProduccin de hidrogeno Fotocatlisis (control de contaminantes)Petroqumica (desulfuracin, crackeo)Qumica fina (obtencin de materiales para la industria farmacutica y cosmtica)

Catlisis: InvestigacinBuscando solucin a problemas de:Contaminacin ambientalFuentes alternas de energaMejora en el desempeo de procesos petroqumicosAprovechamiento de recursos regionales

catálisis heterogénea

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