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Título : Estudio teórico-experimental de la adsorción y reducción catalítica de SO2 sobre Cr2O3/Al2O3 en presencia de CH4 a altas temperaturas
Autor : Coria, Ignacio Daniel 
Carattoli, Oscar 
Hernández Guiance, Sabrina N. 
Hamann, Diana 
Palabras clave : REACCION QUIMICACATALISISADSORCIONDIOXIDO DE AZUFRENITROGENOESPECTROMETRIAINGENIERIA QUIMICA
Fecha de publicación : 2014
Editorial : Universidad Católica Argentina. Facultad de Química e Ingeniería "Fray Rogelio Bacon". Departamento de Investigación Institucional
Cita : Coria, I. D., et al. Estudio teórico-experimental de la adsorción y reducción catalítica de SO2 sobre Cr2O3/Al2O3 en presencia de CH4 a altas temperaturas [en línea]. Energeia, 12(12), 2014. Disponible en: http://bibliotecadigital.uca.edu.ar/repositorio/revistas/estudio-teorico-experimental-adsorcion.pdf [Fecha de consulta: …..]
Resumen : Resumen: Los óxidos de azufre y nitrógeno son liberados al aire desde el escape de vehículos motorizados, de la combustión del carbón, petróleo, o gas natural, y durante procesos tales como la soldadura al arco, galvanoplastía, grabado de metales y detonación de dinamita. Además, son empleados en la producción de lacas, tinturas y otros productos químicos, como combustibles para cohetes, en la nitrificación de compuestos químicos orgánicos y en la manufactura de explosivos. Debido a la amplia aplicación en estas producciones industriales, estos óxidos constituyen dos de los gases más importantes toxicológicamente. Cuando entran en contacto con la atmósfera, son degradados rápidamente al reaccionar con otras sustancias químicas, que por acción de la luz solar lleva a la formación de ácidos sulfúricos y nítricos, principales constituyentes de la lluvia ácida. Por otra parte, estos óxidos reaccionan con la luz solar formando de ozono, y smog en el aire. Respecto a los efectos que producen en los seres vivos, niveles bajos en aire pueden irritar los ojos, la nariz, la garganta, los pulmones, y posiblemente causar tos y una sensación de falta de aliento, cansancio y náusea. La exposición de animales preñados a los óxidos de azufre y nitrógeno ha producido efectos tóxicos en los fetos, además de alteraciones en el material genético de células de animales.1 Por estos motivos, es de gran importancia desarrollar una tecnología que los elimine en forma económica, eficiente, y de bajo impacto al medio ambiente, la cual se compone principalmente, del catalizador Cr2O3/Al2O3. Para llevar a cado este trabajo, se realizaron espectros de desorción programada del SO2, con el propósito de determinar energías de activación de procesos de desorción. Esta información se comparó con cálculos teóricos, basados en DFT (Density Functional Theory) y generados en el seno del Grupo de Sistemas Complejos, con el propósito de determinar los sitios preferenciales de adsorción del SO2. Se analizó experimentalmente la posible competencia por sitios de adsorción con otros gases como oxígeno. Se determinaron los sitios preferenciales de adsorción de Sº y la posible competencia con SO2 experimentalmente y por cálculos basados en DFT. Bajo condiciones estequiométricas actualmente se investiga la reacción de reducción del SO2, en presencia de hidrocarburos (principalmente CH4) y de O2 en función de la temperatura, con el fin de determinar la constante de velocidad de la reacción. Finalmente, en presencia de aire, se analizará la influencia del oxígeno sobre esta reacción. Con el propósito de estudiar variaciones en la eficiencia del catalizador se realizarán ciclos de adsorción y desorción en atmósfera inerte y en presencia de oxígeno (suministrado por una corriente de aire). Además, se prevé hallar las energías de activación de la reacción global y reacciones intermedias, la tasa de producción de CO2 dependiendo de las condiciones de experimentación, el balance de masa de carbono entre productos y reactivos, y el porcentaje de conversión CH4 a CO2, el cual a nivel ambiental tiene un poder de efecto invernadero 21 veces menor que su reactivo. Se continuará con los trabajos teóricos dentro del estudio de la adsorción disociativa de CH4 sobre Cr2O3 con O2 previamente adsorbido, en estado molecular y en estado disociativo, y con SO2 adsorbido previamente. Se investigará además la adsorción de CO, para hallar la energía de adsorción con la superficie y la estabilidad de las configuraciones optimizadas. Paso siguiente, se estudiará su interacción con un átomo de oxígeno coadsorbido y la posible formación de CO2. Otra alternativa es que el CO sea adsorbido en forma inestable, por lo que un porcentaje de CO podría desorberse sin formar CO2 o quedar adsorbido por algún tiempo y llegar a envenenar la superficie. Se investigará la disociación de SO2, de O2 y de CH4 adsorbidos en forma individual. Se calcularan las energías de activación para la disociación parcial y total de la molécula SO2 adsorbida. Se calculara la energía de activación para la disociación de la molécula O2 adsorbida inicialmente en forma molecular. El objetivo de estudiar diferentes configuraciones geométricas para el sistema CH4 disociado en Cr2O3 es hallar una energía de adsorción menor que la obtenida para este mismo sistema con el adsorbato sin disociar. Siguiente a esta etapa, se coadsorberá O2 para estudiar la posible formación de CO2.
Abstract: The sulfur and nitrogen oxides are released into the air from motor vehicle exhaust, combustion of coal, oil, or natural gas, and during processes such as arc welding, electroplating, metal etching and detonation of dynamite. They are also used in the production of lacquers, dyes and other chemicals such as rocket fuels, nitration of organic chemicals and the manufacture of explosives. Due to the wide application in these industrial productions, these oxides are two of the most important toxicologically gases. When in contact with the atmosphere, they are rapidly degraded by reacting with other chemicals, which by action of sunlight leads to the formation of sulfuric and nitric, major constituent of acid rain acids. Moreover, these oxides react with sunlight to form ozone and smog in the air. Regarding the effects that occur in living beings, low levels in the air can irritate the eyes, nose, throat, lungs, and may cause coughing and shortness of breath, fatigue and nausea. The exposure of pregnant animals to sulfur and nitrogen oxides produced toxic effects in fetuses, in addition to alterations in the genetic material of animal cells. For these reasons, it is of great importance to develop a technology that eliminates economic, efficient, and low environmental impact, which is mainly composed of Cr2O3/Al2O3 catalyst. In order to market this work, spectra SO2 programmed desorption were performed in order to determine the activation energy of desorption process. This information was compared with theoretical calculations based on DFT (Density Functional Theory) and generated within the Complex Systems Group, in order to determine the preferential adsorption sites of SO2. Possible competition for adsorption sites with other gases such as oxygen was experimentally analyzed. Preferential adsorption sites Sº and possible competition with SO2 and experimentally based on DFT calculations were determined. Under stoichiometric conditions the reaction currently SO2 reduction in the presence of hydrocarbons (mostly CH4) and O2 as a function of temperature, in order to determine the rate constant of the reaction is investigated. Finally, in the presence of air, the influence of oxygen this reaction will be discussed. In order to study variations in catalyst efficiency of adsorption and desorption cycles in inert atmosphere and in the presence of oxygen (supplied by a current of air) is performed. In addition, it is expected to find the activation energies of the overall reaction and intermediate reactions, the rate of CO2 production depending on experimental conditions, the mass balance of carbon between products and reactants, and the percentage of CH4 to CO2 conversion, environmental level which has a greenhouse to 21 times lower than its reactive. We will continue with the theoretical work in the study of the dissociative adsorption of CH4 on Cr2O3 with O2 previously adsorbed in molecular state and dissociative state, and previously adsorbed SO2. CO adsorption was further investigated to find the energy of the surface adsorption and stability of the optimized configurations. Next step, we will study its interaction with coadsorbed atom oxygen and the possible formation of CO2. Another alternative is that the CO is adsorbed unstable, so that a percentage of CO could be desorbed without forming CO2 or remain adsorbed for some time, and reach the surface poisoning. Dissociation of SO2, O2 and CH4 adsorbed be investigated individually. Activation energies for the partial and total dissociation of SO2 adsorbed molecule were calculated. The activation energy for the dissociation of O2 molecule adsorbed in molecular form initially be calculated. In order to study different geometrical configurations for the system CH4 is dissociated into Cr2O3 find lower adsorption energy than that obtained for the same system with the adsorbate undissociated. Next to this stage, will adsorb O2 to study the possible formation of CO2.
URI : https://repositorio.uca.edu.ar/handle/123456789/5378
ISSN : 1668-1622
Disciplina: QUIMICA
Derechos: Acceso Abierto
Appears in Collections:ENE 2014 Año 12 nro. 12

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