Impacto de Ni/Co en perovskitas como catalizadores para producir syngas por reformado de metano con CO2

Claudio Lugo, Ruben Torres, Maryuri Guerrero, Carla Fereira, Eliel Petit, Patricia Pérez, Jairo Rondón

Resumen


Se sintetizaron óxidos mixtos tipo perovskitas en capas An+1BnX3n+1 (A = Sr/Ba; B = Co/Ni; X = O) mediante combustión en solución (SCS) asistida por radiación de microondas. Estos materiales fueron caracterizados utilizando técnicas avanzadas como la espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) y la difracción de rayos X (DRX). El análisis por FTIR reveló señales distintivas de las interacciones metal-oxígeno (M-O) a bajas longitudes de onda. Por su parte, la DRX permitió identificar la fase principal como una perovskita en capas tipo La2NiO4 con estructura tetragonal (n=1), formada durante el proceso de combustión de la glicina. Además, esta técnica permitió calcular el tamaño de los dominios cristalinos, obteniéndose valores inferiores a 100 nm para todas las muestras. En cuanto a su desempeño catalítico, los óxidos mixtos demostraron una notable estabilidad térmica y resistencia frente a la sinterización y la desactivación por deposición de carbono durante el reformado seco de metano. Entre las muestras estudiadas, la perovskita P-NiCo-R4 destacó por alcanzar la mayor conversión de metano, con un 78,68 %.

 

Recibido: 16 de julio de 2024
Aceptado: 08 de octubre de 2024


Palabras clave


Óxidos mixtos; perovskitas; reformado de metano; contaminación ambiental

Texto completo:

PDF (English)

Referencias


Anacona, O., García, D., Kiminami, R. y Raigoza, C., (2013). Efecto de la temperatura en la estructura cristalina de polvos cerámicos de K0.5Na0.5NbO3 obtenidos por el método de reacción por combustión, Revista latinoamericana de Metalurgia y Materiales, Vol. 33 (1), pp. 108-115.

Askeland, D. y Phulé P., (2004). Ciencia e ingeniería de los materiales. D.F. México: Thomson.

Briceño, J., Lugo, C., García, E., Rondón, J., Pérez, P., Rodríguez, P., Del Castillo, H. y Imbert, F., (2020). Síntesis de perovskitas basadas en Ni y Fe vía SCS con radiación microondas y su empleo en el reformado seco de metano. Revista Ciencia e Ingeniería, Vol. 41 (2), pp. 205-216.

Bonadonna, T., (2020). Perspectivas Energéticas 2021-2040. Petróleo y Gas Natural. https://cavecon.org.ve/wp-content/uploads/2020/11/Perspectivas_Energeticas_2021_Petroleo_y_Gas_Natural.pdf

C.I.A., (2021). Natural gas - proved reserves. The World Factbook. https://www.cia.gov/the-world-factbook/static/3a6e5fc200e47bc5cf68bd3a5d57481b/Energy_World.pdf

Civera, A., Pavese, M., Saracco, G. y Specchia, V., (2003). Combustion synthesis of perovskite-type catalysts for natural gas combustion. Catalysis Today, Vol. 83, pp. 199-211.

Darroudia, M., Bagherpour, M., Hosseini, H. y Ebrahimic, M., (2016). Biopolymer-assisted green synthesis and characterization of calcium hydroxide nanoparticles. Ceramics International, Vol. 42 (3), pp. 3816-3819.

Edwards, J. y Maitra, A., (1995). The chemistry of methane reforming with carbon dioxide and its current and potential applications. Fuel Processing Technology, Vol. 42 (2-3), pp. 269-289.

Gao, H., Wang, G., Yang, M., Tan, L. y Yu, J., (2012). Novel tunable hierarchical Ni–Co hydroxide and oxide assembled from two-wheeled units. Nanotechnology, Vol. 23 (1), pp. 1-9.

García, E., Rondón, J., Belandria, L., Meléndez, H., Lugo, C. y Imbert F., (2010). Dry methane reforming over Ni-Co supported by impregnation on MgO nanoparticles, Revista Ciencia e Ingeniería, Vol. 31 (2), pp. 77-82.

Gómez, J., (2010). Síntesis y caracterización del sistema LaSrCrFeO3 soportado sobre óxidos de cerio dopados con elementos de transición interna. Tesis Doctoral en Ciencias Química, Departamento de Química, Facultad de Ciencias, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, Colombia, pp. 156-158.

Haghighi M., Sun Z., Wu J., Bromly J., Wee H.L., Ng E., Wang Y., Zhang D., (2007). On the reaction mechanism of CO2 reforming of methane over a bed of coal char, Proceedings of the Combustion Institute, Vol. 31 (2), pp. 1983-1990.

Hernández, J., Castillo, S., Esparza, H., Téllez, E. y Duarte, J., (2006). Síntesis y caracterización de nano-monocristales de Glicina-Nitrato de Sodio, GSN, con propiedades ópticas no-lineales. Tecnura, Vol. 9 (18), pp. 4-9.

International Energy Agency, IEA, World Energy Outlook 2011, Paris, (2011), OECD/IEA.

Langford, J. y Wilson, A., (1978). Scherrer after sixty years: A survey and some new results in the determination of crystallite size. Journal of Applied Crystallography, Vol. 11, pp. 102-113.

Liu, L., Guo, Y., Wang, Y., Guo, H., (2013). Hollow NiO nanotubes synthesized by bio-templates as the high-performance anode materials of lithium-ion batteries. Electrochimica Acta, Vol. 114, 42-47

Lugo, C., García, E., Rondón, J., Meléndez, H., Pérez, P. y Del Castillo, H., (2010). Síntesis de óxidos mixtos de Co, Ni y Cu sobre MgO por el método de combustión con urea y estudio en la reacción de reformado seco de metano con CO2. Revista Ciencia e Ingeniería, Vol. 31 (1), pp. 53-59.

Lugo, C., Rosal, H., Hidalgo, J., Rondón, J., Pérez, P., Rodríguez, P., Del Castillo, H. y Imbert, F., (2022). Preparation of single and layered Perovskites (A= La and Sr/Ca; B = Ni/Co and Ni/Al) from solution combustion synthesis, SCS, via microwave radiation. Revista Ciencia e Ingeniería, Vol. 43 (3), pp. 245-256.

Lugo C., Fereira C., Petit E., Guerrero M., Torres R., Pérez P., Rodríguez P., Rondón J., (2024.a). Estudio catalítico sobre RSM empleando óxidos mixtos Perovskitas Sr0.7Mg0.3NixCo1-xO3, obtenidas vía combustión en solución, SCS. Revista Ciencia e Ingeniería, Vol. 45 (2), pp. 169-178.

Lugo C., Petit E., Guerrero M., Torres R., Fereira C., Pérez P., Rondón J., (2024.b). Síntesis de perovskitas en capas tipo An+1BnX3n+1 (A=Sr/Mg; B=Ni/Fe; X=O) vía SCS con Actividad Catalítica en el Reformado seco de metano. Revista Ciencia e Ingeniería, Vol. 45 (3), pp. 265-274.

Mukasyan, A., Costello, C., Sherlock, K., Lafarga, D., y Varma, A., (2001). Perovskite Membranes by Aqueous Combustion Synthesis: Synthesis and Properties. Separation and Purification Technology, Vol. 25 (1-3), pp. 117-126.

Mukasyan, A., Epstein, P. y Dinka, P., (2007). Solution combustion synthesis of nanomaterials. Proceedings of the Combustion Institute, Vol. 31 (2), pp. 1789-1795.

Neira, A., Gómez, J. y Vera, E., (2016). Synthesis and characterization of a simple La0.8Sr0.2CrO3 perovskite (Universidad del Valle). Revista de Ciencias, Vol. 20 (1), pp. 79-94.

Patil, K., Aruna, S. y Ekambaram, S., (1997). Combustion synthesis. Current Opinion in Solid State and Materials Science, Vol. 2 (2), pp. 158-165.

Patil, K., Aruna, S. y Mimani, T., (2002). Combustion synthesis: an update. Current Opinion in Solid State and Materials Science, Vol. 6 (6), pp. 507-512.

Pérez, M., Lugo, C., Quintero, M., Pérez, P., Villarroel, M., Rodríguez, P., Imbert, F. y Del Castillo, H., (2015). Síntesis de óxidos mixtos tipo perovskitas de LaxSr1-xNiyAl1-yO3 preparados vía combustión en solución (SCS). Revista Ciencia e Ingeniería, Vol. 36 (2), pp. 93-104.

Rahdar, A., Aliahmad M., Azizi Y., (2015). NiO Nanoparticles: Synthesis and Characterization, Journal of Nanostructures, JNS, Vol. 5, 145-151.

Radev, L., Pavlova, L., Samuneva, B., Kashchieva, E., Mihailova, I., Zaharescu, M., Malic, B., Predoana, L., (2008). Sol-gel synthesis and structure of La2O3–CoO–SiO2 powders, Processing and Application of Ceramics, Vol. 2(2), 103-108.

Ramos, K., Jiménez, Y. y Linares C., (2015). Síntesis y caracterización de óxidos MgAl, MgFe, FeAl y MgFeAl para la degradación de fenol con foto-fenton solar. Revista latinoamericana de Metalurgia y Materiales, Vol. 35 (2), pp. 315-325.

Rendón, J., Moreno, L. y Valencia, J., (2006). Síntesis y caracterización de perovskitas de LaCoO3 por el método citrato. Revista colombiana de Física, Vol. 38 (2), pp. 906-909.

Rodríguez-Sulbarán, P. J., Lugo, C. A., Perez, M. A., Gonzalez-Cortes, S. L., D'Angelo, R., Rondon, J., ... & Del Castillo, H. L. (2018). Dry reforming of methane on LaSrNiAl perovskite-type structures synthesized by solution combustion. In Advanced Solid Catalysts for Renewable Energy Production (pp. 242-266). IGI Global.

Savinskaya, O., Nemudry, A. y Lyakhov, N., (2007). Synthesis and properties of SrFe1-xMxO3-z (M = Mo, W) perovskites. Inorganic Materials, Vol. 43 (12), pp. 1350-1360.

Siddique, F., Gonzalez-Cortes, S., Mirzaei, A., Xiao, T., Rafiq, M. A., & Zhang, X. (2022). Solution combustion synthesis: the relevant metrics for producing advanced and nanostructured photocatalysts. Nanoscale, Vol. 14 (33), 11806-11868.

Sierra, G., Gallego, J., Batiot-Dupeyrat, C., Barrault, J. y Mondragón, F., (2009). Influence of Pr and Ce in dry methane reforming catalysts produced from La1-xAxNiO3-d (A= Pr, Ce). Applied Catalysis A: General, Vol. 369, (1-2), pp. 97-103.

Silva, B., Kulesza, J., De Araújo, D. y Kienneman, A., (2015). Nickel-based Catalyst Precursor Prepared Via Microwave-induced Combustion Method: Thermodynamics of Synthesis and Performance in Dry Reforming of CH4. Materials Research, Vol. 18 (4), pp. 732-739.

Sithole, M., Omondi, B., & Ndungu, P., (2017). Synthesis and characterization of Ce0.6Sr0.4Fe0.8Co0.2O3-d perovskite material: Potential cathode material for low temperature SOFCs. Journal of Rare Earths, Vol. 35 (4), 389-397.

Song, S., Sheptyakov, D., Korsunsky, A., Duong, H. y Lu L., (2016). High Li ion conductivity in a garnet-type solid electrolyte via unusual site occupation of the doping Ca ions. Materials and Design, Vol. 93, pp. 232-237.

Specchia, S., Ciera, A. y Saracco, G., (2004). In situ combustion synthesis of perovskite catalysts for efficient and clean methane premixed metal burners. Chemical Engineering Science, Vol. 59 (22-23), pp. 5091-5098.

Sultana, S., Mohammad, R., Khan, Z., Umar, K., Ahmed, A., & Shahadat, M., (2015). SnO2-SrO based nanocomposites and their photocatalytic activity for the treatment of organic pollutants. Journal of Molecular Structure, Vol. 1098, 393-399.

Takeda Y., Kanno R., Sakano M., Yamamoto O., Takano M., Bando Y., Akinaga H., Takita K., Goodenough J.B., (1990). Crystal chemistry and physical properties of La2-xSrxNiO4 (0 = x = 1.6), Materials Research Bulletin, Vol. 25(3), pp. 293-306.

Varma, A., Mukasyan, A., Deshpande, K., Pranda, P. y Erii, P., (2003). Combustion Synthesis of Nanoscale Oxide Powders: Mechanism, Characterization and Properties. Materials Research Society Symposium Proceeding, Vol. 800, pp. 113-125.

Villaquirán, C., Medina, C., & Tirado, L., (2015). Effect of cobalt-incorporation on the proper-ties of SrxBa1-xNb2O6 system. Ingeniería y Desarrollo, Vol. 33 (2), 281-300.

Wade L., (2004). Química Orgánica (quinta edición). Madrid-España: Pearson Educación S.A., 500, 505, 1207.

Wang, K., Zhong, P. y Zhu, J., (2009). Preparation of Highly Active and Stable Perovskite-like Catalyst by Combustion Method: Effect of Complex. Catalysis Letters, Vol. 131, pp. 672-675.

Zhao, Y., Hong, L., Hong, J. y Zhu, J., (2004). Synthesis of lead sulfide nanocrystals via microwave and sonochemical methods. Materials Chemistry and Physics, Vol. 87 (1), pp. 149-153.




Creative Commons License
Todos los documentos publicados en esta revista se distribuyen bajo una
Licencia Creative Commons Atribución -No Comercial- Compartir Igual 4.0 Internacional.
Por lo que el envío, procesamiento y publicación de artículos en la revista es totalmente gratuito.