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Activación catalítica de hidrocarburos en presencia de oxígeno: Oxidación total vs Deshidrogenación oxidativa.

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23 - Química
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Activación catalítica de hidrocarburos en presencia de oxígeno: Oxidación total vs Deshidrogenación oxidativa.

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dc.contributor.advisor	Solsona Espriu, Benjamín Eduardo
dc.contributor.author	Sanchis Martínez, Rut
dc.contributor.other	Departament d'Enginyeria Química	es_ES
dc.date.accessioned	2021-09-07T07:42:13Z
dc.date.available	2021-09-08T04:45:05Z
dc.date.issued	2021	es_ES
dc.date.submitted	21/09/2021	es_ES
dc.identifier.uri	https://hdl.handle.net/10550/80250
dc.description.abstract	This doctoral thesis consists of two different parts, the total oxidation reaction of volatile organic compounds (VOCs) and the oxidative dehydrogenation of ethane to obtain ethylene. On the one hand, a study on the synthesis and characterization of different bulk and supported iron oxides is shown, to be used as catalysts in total oxidation reactions of VOCs. Two model molecules of VOCs have been selected, propane (as a model for short-chain alkanes) and toluene (as a model for an aromatic compound). Bulk catalysts, -Fe2O3, have been used, which have good surface properties and high surface area. For this, several preparation methods have been used: i) conventional precipitation, ii) by nanocasting with KIT-6 as a “hard template” to obtain ordered mesoporous oxides and iii) using oxalic acid as a precipitating agent to obtain non ordered mesoporous oxides. Any of the synthesized iron oxide give rise to an important improvement in the catalytic behavior for the total oxidation of volatile organic compounds, compared to a commercial iron oxide (α-Fe2O3). A different order of reactivity was found between the different iron oxides for each feed. The catalyst with the highest reducibility (prepared with oxalic acid) is the most active for the total oxidation of propane, while for toluene the most active sample was the highly ordered catalyst with the highest surface area. This difference in relative activity may be due to the fact that they take place through different mechanisms. Additionally, different methods of preparation of bulk iron oxide catalysts have been proposed, by hydrothermal synthesis under supercritical conditions and by solvothermal synthesis. It has been observed that using a simple solvothermal method, high reaction rates are obtained in the total oxidation of toluene. Supported iron oxide catalysts have been also studied with the aim of improving the physical properties of iron oxide. Thus, it has been considered to support iron oxide on porous clays with a heterogeneous structure (PCH-Si) and on silica. It was observed that the use of clay is much more efficient from a catalytically viewpoint probably due to the better dispersion of the iron oxide on the clay. In addition, a residue obtained in the purification of water for human consumption (ferric sludge) has been used as a catalyst for the elimination of propane and toluene. Ferric mud has a relatively high specific surface area, which is why it has also been used as a support for noble metals (Pt), being better than conventional supports such as Al2O3. It has been shown that it presents a double environmental advantage, since a waste is revalued as a catalyst for the elimination of pollutants VOCs. On the other hand, the catalytic behaviour in the selective oxidative dehydrogenation of ethane on a series of supported nickel oxide catalysts over different supports that have different properties of acidity, basicity and surface area has been studied. The characteristics that a support must present on which to deposit NiO particles to maximize the formation of ethylene have been determined, obtaining that titanium oxide is an excellent support for nickel oxide. For this reason, it has been considered convenient to carry out a more detailed study on NiO catalysts supported on different titanium oxides. Finally, a comparative study of the partial oxidation of ethane is carried out, with nickel oxide catalysts interacting with titanium oxide or with niobium oxide, prepared by wet impregnation (supported catalysts) or by evaporation of salt mixtures (promoted catalysts). Using Ni on titanium oxide prepared by both methods as well as the niobium-promoted NiO catalyst catalytic results at the level of the best described in the literature were obtained. Different catalysts supported on different titanium oxides result in high and similar selectivities between them, however, achieving the optimum catalyst using different compositions in each case. It should be noted that, without carrying out a thorough optimization of the reaction conditions, yields to ethylene higher than 40% have been obtained with the most efficient catalysts.	en_US
dc.description.abstract	La presente tesis doctoral consta de dos partes diferenciadas, la reacción de oxidación total de compuestos orgánicos volátiles (COVs) y la deshidrogenación oxidativa de etano para la obtención de etileno. Por una parte, se muestra un estudio sobre la síntesis y caracterización de diferentes óxidos de hierro másicos y soportados, para ser empelados como catalizadores en reacciones de oxidación total de COVs. Se han seleccionado dos moléculas modelo de COVs, propano (como modelo de alcanos de cadena corta) y tolueno (como modelo de un compuesto aromático). Se han empleado catalizadores másicos, -Fe2O3, que presentan buenas propiedades superficiales y con alta área superficial. Para ello, se han utilizado varios métodos de síntesis entre los que destacan: i) precipitación simple, ii) método nanocasting con KIT-6 como “hard template” para la obtención de un óxido mesoporoso ordenado y iii) precipitación usando ácido oxálico como agente precipitante para la obtención de un óxido mesoporoso no ordenado. Cualquiera de los óxidos de hierro sintetizados mejora en el comportamiento catalítico para la oxidación total de compuestos orgánicos volátiles, respecto de un óxido de hierro (α-Fe2O3) comercial. Se encontró un orden de reactividad diferente entre los distintos óxidos de hierro para cada alimento. El catalizador que presenta mayor reducibilidad (con ácido oxálico) es el más activo para la oxidación total de propano, mientras que para el tolueno la muestra más activa fue el catalizador altamente ordenado de mayor área superficial. Esta diferencia de actividad relativa puede ser debida a que tengan lugar mediante diferentes mecanismos. Adicionalmente, se han planteado diferentes métodos de preparación de catalizadores de óxidos de hierro másicos, por síntesis hidrotermales en condiciones supercríticas y por síntesis solvotermales. Se ha observado que empleando un sencillo método solvotermal se obtienen elevadas velocidades de reacción en la oxidación total de tolueno. También se han estudiado catalizadores de óxido de hierro soportados con el objetivo de mejorar las propiedades físicas del catalizador y las propiedades catalíticas en la oxidación total. Así, se ha considerado soportar el óxido de hierro sobre arcillas porosas de estructura heterogénea (PCH-Si) y sílice. Se observó que el uso de la arcilla es mucho más eficiente catalíticamente pues mejora la dispersión del hierro. Además, se ha empleado un residuo obtenido en la purificación de agua para el consumo humano (lodo férrico) como catalizador para la eliminación de propano y tolueno. El lodo férrico presenta una superficie específica relativamente alta, por lo que también se ha empleado como soporte para metales nobles (Pt) siendo mejor que soportes convencionales como la gamma-Al2O3. Se ha mostrado que presenta una doble ventaja ambiental, ya que se revaloriza un residuo como catalizador para la eliminación de contaminantes COVs. Por otra parte, se ha estudiado el comportamiento catalítico en la deshidrogenación oxidativa selectiva de etano para dar etileno empleando una serie de catalizadores soportados de óxido de níquel sobre diferentes materiales que presentan distintas propiedades de acidez, basicidad y área superficial. Se han determinado las características que debe presentar un soporte sobre el que depositar partículas de NiO para maximizar la formación de etileno. Se pudo concluir que el óxido de titanio es un excelente soporte para el óxido de níquel. Por ello, se ha considerado conveniente realizar un estudio más detallado sobre catalizadores de NiO soportados sobre diferentes óxidos de titanio. Diferentes catalizadores soportados sobre diferentes óxidos de titanio dan lugar a selectividades altas y similares entre ellos, consiguiéndose el óptimo catalítico empleando diferentes composiciones en cada caso. Finalmente, se ha realizado un estudio comparativo de la deshidrogenación oxidativa selectiva de etano empleando catalizadores de óxido de níquel interaccionando con óxido de titanio o con óxido de niobio. Se sintetizaron catalizadores por impregnación húmeda (catalizadores soportados) o por evaporación de mezclas de sales (catalizadores promovidos). Los catalizadores con óxido de titanio preparados por ambos métodos así como el catalizador promovido con niobio obtuvieron resultados catalíticos al nivel de los mejores descritos en la bibliografía. Indicar que, sin llevar a cabo una optimización exhaustiva de las condiciones de reacción, se han obtenido rendimientos a etileno superiores al 40% con los catalizadores más eficientes.	es_ES
dc.format.extent	326	es_ES
dc.language.iso	es	es_ES
dc.subject	COVs	es_ES
dc.subject	compuestos orgánicos volátiles	es_ES
dc.subject	deshidrogenación oxidativa	es_ES
dc.subject	etileno	es_ES
dc.subject	óxidos metálicos	es_ES
dc.subject	eliminación de COVs	es_ES
dc.subject	oxidación total	es_ES
dc.subject	catálisis heterogénea	es_ES
dc.title	Activación catalítica de hidrocarburos en presencia de oxígeno: Oxidación total vs Deshidrogenación oxidativa.	es_ES
dc.type	doctoral thesis	es_ES
dc.subject.unesco	UNESCO::QUÍMICA	es_ES
dc.subject.unesco	UNESCO::CIENCIAS TECNOLÓGICAS	es_ES
dc.embargo.terms	0 days	es_ES