Evaluación de óxidos mixtos provenientes de hidrotalcitas binarias: Co-Al, Ni-Al, Ni-Fe como soporte de catalizadores para hidrotratamiento

Abstract

Se sintetizaron hidróxidos dobles laminares (HDLs) CoAl, NiAl y NiFe utilizando los métodos de co-precipitación (CP) y radiación por microondas (M). Estos HDLs se calcinaron e impregnaron con Mo como fase activa y los metales: Co, Ni y Nb como promotores, para formar los precursores catalíticos (PC) activos a las reacciones de hidrodesulfuración (HDS) de tiofeno, hidrogenación (HID) de ciclohexeno e hidrotratamiento (HDT) de una carga de aceite de ciclo ligero (Light Cycle Oil, LCO) al 50 %v/v en decalina. También fue investigado el efecto del Na-EDTA, como agente acomplejante, para los sólidos impregnados con Co que mostraron resultados satisfactorios en las reacciones previas de HDS y HID. Los sólidos fueron caracterizados por espectroscopia de infrarrojo con transformada de Fourier (FT-IR), difracción de rayos X (DRX), espectroscopia de reflectancia difusa (DR-UV) y medidas texturales: de superficie (BET), volumen de poro (Vp) y diámetro de poros (DBJH). En los HDLs se estimaron los parámetros de red: distancia promedio entre cationes (a), distancia entre las láminas de brucita (c), porcentaje de cristalinidad relativa (% CR) y tamaño del cristal (ε), estableciendo la incidencia de las variables de síntesis: relación metálica o molar, pH, temperatura de precipitación y tiempo de cristalización o radiación. Aplicando un diseño experimental factorial fraccionado 24-1 y comparando las propiedades de los HDLs, mediante el Factor de Fisher para cada una de las variables antes citadas. El Factor de Fisher reveló en las síntesis por el método CP para los HDLs CoAl y NiAl, que las variables estudiadas afectan significativamente: a, c, ε y % CR. Con la síntesis por el método M se obtuvo más versatilidad y no se afectaron significativamente las características evaluadas. Los DRX sugieren la presencia en los PC de diferentes fases, verificadas a partir de los espectros DR-UV mediante la parametrización de la SD de la función Kubelka-Munch, donde se identificaron las bandas asignadas a configuraciones octaédricas (Oh) y tetraédricas (Td) de los metales presentes. Todos los PC diseñados fueron activos en las reacciones de HDS de tiofeno y HID de ciclohexeno, encontrándose el siguiente orden actividad con respecto al metal de impregnación: Co>Ni>Fe>Nb independientemente del soporte y su forma de preparación (M y CP). El Na-EDTA, como agente acomplejante, no conllevó a mejorar los porcentajes de conversión en las reacciones antes mencionadas. Se evidenció que el método de síntesis, relación molar y pH en la síntesis de los HDLs, afectan las características de los soportes promoviendo en los PC interacciones metal-soporte, configuraciones de especies Co2+(Oh) y Ni2+(Oh), diferencias de área específica (SBET) que afectan la conversión. Los catalizadores más activos a las reacciones de HDS de tiofeno e HID de ciclohexeno, fueron probados en el hidrotratamiento de una carga de LCO. Los resultados demostraron que los catalizadores CoMo y NiMo soportados sobre HDLs calcinados de NiAl sintetizadas por radiación por microondas, fueron más activos que aquellos catalizadores soportados sobre hidrotalcitas CoAl sintetizadas por co-precipitación o radiación por microondas con porcentajes de 55,52 y 54,25 % frente a 51,86 y 52,96 % respectivamente. Al considerar el método de síntesis por radiación microondas para obtener los soportes para la síntesis de catalizadores, representan una alternativa ambiental atractiva por la reducción en los tiempos de preparación, ahorro energético y rendimientos competitivos para lograr disminuir la contaminación del aire por mejoramiento de la calidad del LCO.