UNIDAD IV:

CATALISIS

SNTESIS DE CATALIZADORES

ELABORADO POR:

Rolando Martnez Aguilar 12560290

Nombre del docente:

Ariana Ceballos Huerta.

Turno: Matutino

Fecha de entrega: 25/05/2015

Instituto Tecnolgico de Lzaro Crdenas

Recibimos sabidura, legaremos desarrollo

INDICE INTRODUCCIN ........................................................................................................ 3

ESTILO DEL ARTE ..................................................................................................... 5

RESUMEN .................................................................................................................... 6

1. SNTESIS Y CARACTERIZACIN DE CATALIZADORES NO

SOPORTADOS DE SULFUROS DE Ni, Mo Y W PARA LA HDS DE DBT .................... 6

2. SNTESIS DE CATALIZADORES DE Fe-Mo SOPORTADOS SOBRE SLICE

PARA LA OXIDACIN SELECTIVA DE METANO HASTA FORMALDEHDO ....... 10

3. ONE-POT GREEN SYNTHESIS OF SILVER/IRON OXIDE COMPOSITE

NANOPARTICLES FOR 4-NITROPHENOL REDUCTION ............................................ 15

CONCLUSIN ........................................................................................................... 21

INTRODUCCIN

Catlisis es la ciencia que estudia los fenmenos que ocurren cuando un catalizador

acta. En los estudios de catlisis se acostumbra distinguir, segn el nmero de fases

participantes en la reaccin, entre la catlisis homognea, que comprende sistemas catalticos

formados por una sola fase gas o lquida, y la catlisis heterognea que incluye aquellos

formados por dos o ms fases, como gas slido, lquido solido, gas liquido slido,

etc.

La catlisis es el proceso a travs del cual se incrementa la velocidad de una reaccin

qumica. El proceso de catlisis implica la presencia de una sustancia que, si bien es cierto,

es parte del sistema en reaccin, la misma se puede llevar a cabo sin la primera. Esta sustancia

se llama catalizador.

El catalizador es una sustancia que afecta la velocidad de una reaccin, reaccionando,

regenerndose y que puede ser recuperado al final de la reaccin (el catalizador se fragmenta

en pequeas partculas para acelerar el proceso). Si retarda la reaccin se llama inhibidor.

La catlisis se clasifica en funcin de la naturaleza qumica del medio de la reaccin.

A partir del nmero de fases presentes es posible agrupar en: Catlisis Homognea y

Heterognea o de contacto.

En la primera tiene lugar cuando los reactivos y el catalizador se encuentran en la

misma fase, sea lquida o gaseosa. El catalizador acta cambiando el mecanismo de reaccin,

es decir, se combinan con alguno de los reactivos para formar un intermedio inestable que se

combina con ms reactivo dando lugar a la formacin de los productos, al mismo tiempo que

se regenera el catalizador. Es importante resaltar, que en este tipo de catlisis predomina la

ausencia de efectos de envenenamiento tan frecuentes. Uno de los inconvenientes de la

catlisis homognea es la dificultad de separar el catalizador del medio reaccionante. Con

base en esta inconveniencia se han intentado disear "catalizadores homogneos soportados",

en los cuales se desea inmovilizar el complejo metlico activo sobre un soporte como slice,

almina o carbn. Sin embargo en muchos casos esto no es posible, ya que la entidad

cataltica activa no es el complejo inicialmente introducido a la reaccin, sino una especie

derivada de l.

En la catlisis heterognea, una superficie slida acta como catalizador, mientras que

las sustancias que reaccionan qumicamente estn en fase lquida o gaseosa. Aqu los

catalizadores son materiales capaces de absorber molculas de reactivo en sus superficies,

consiguiendo mayor concentracin y superficie de contacto entre reactivos, o debilitando sus

enlaces disminuyendo la energa de activacin. Los productos abandonan el catalizador

cuando se forman, y este queda libre para seguir actuando. Los catalizadores heterogneos

ms usados son metales u xidos de metales finamente divididos, como por ejemplo el hierro,

el platino, el nquel, el trixido de aluminio. Este tipo de catlisis tiene una enorme

importancia en nuestra vida cotidiana, ya que el 90% de los procesos de fabricacin de

productos qumicos en el mundo emplean la catlisis heterognea en una forma u otra. As,

por ejemplo, se la utiliza ampliamente en la industria qumica para reducir la contaminacin

ambiental, o en la fabricacin de amonaco, que es un fertilizante imprescindible en la

agricultura y, por lo tanto, en las industrias asociadas a ella como es la industria de alimentos.

El proceso por el cual se efecta la reaccin cataltica se puede descomponer en una

secuencia de pasos individuales:

1. Transferencia de masa (difusin) del o los reactivos (por ejemplo especie A) del seno del

fluido a la superficie externa de la partcula de catalizador.

2. Difusin del reactivo de la boca del poro, a travs de los poros del catalizador, hacia la

vecindad inmediata de la superficie cataltica interna.

3. Adsorcin del reactivo A sobre la superficie del catalizador.

4. Reaccin sobre la superficie de catalizador (por ejemplo, AB).

5. Desorcin de los productos (por ejemplo, B) de la superficie.

6. Difusin de los productos del interior de la partcula a la boca del poro en la superficie

externa.

7. Transferencia de masa de los productos de la superficie externa de la partcula al seno del

fluido.

ESTILO DEL ARTE

Artculo Autores Fuentes Ao Resumen

Sntesis y

caracterizacin

de catalizadores

no soportados

de sulfuros de

Ni, Mo Y W

para la HDS de

DBT

R. Huirache-

Acua, M. A.

Albiter, F.

Paraguay-

Delgado,J.A.

Lumbreras

Pacheco, C.

Ornelas, R.

Martnez-

Snchez y G.

Alonso-Nez

Revista

Mexicana de

Ingeniera

Qumica. Vol.

5, No.3

2006 Se sintetizo y caracterizo

catalizadores no soportados a

base de sulfuros de Ni, Mo y

W para hidrodesulfuraza-

cin de dibenzotiofeno. Con

el fin de desplazar cataliza-

dores actuales ya que no

ayudan a disminuir la conta-

minacin atmosfrica gene-

rada en un proceso petro-

quimico.

Sntesis de

catalizadores

de Fe-Mo

soportados

sobre slice

para la

oxidacin

selectiva de

metano hasta

formaldehdo

Carlos Alberto

Guerrero

Fajardo y

Francisco Jos

Snchez

Castellanos

Revista

ingeniera e

investigacin

vol. 29 no. 1

2009 Se pretende sintetizar un

catalizador de Fe-Mo

soportados en slice por el

mtodo sol-gel, una vez

sintetizados, se pretende

evaluar su actividad cataltica

reduciendo metano a

formaldehido.

One-pot green

synthesis of

silver/iron

oxide

composite

nanoparticles

for 4-

nitrophenol

reduction

Jau-Rung

Chiou, Bo-

Hung Lai, Kai-

Chih Hsu,

Dong-Hwang

Chen

Department of

Chemical

Engineering,

National

Cheng Kung

University

2013 Se pretende sintetizar un

catalizador de nanoparticulas

de plata soportadas en oxido

de hierro por el mtodo de un

solo paso as como

caracterizar la muestra

obtenida por este mtodo.

Para la reduccin de 4-

nitrofenol a 4-aminofenol.

RESUMEN

1. SNTESIS Y CARACTERIZACIN DE CATALIZADORES NO

SOPORTADOS DE SULFUROS DE Ni, Mo Y W PARA LA HDS DE

DBT

El objetivo principal de esto, es el de poder disminuir el contenido de NOx y SOx de

emisiones gaseosas provenientes del uso de combustibles derivados del petrleo y poder

cumplir con las normas ambientales, esto debido a que actualmente los catalizadores usados

en la etapa de hidrotratamiento del petrleo no cumplen con las normas ambientales

existentes.

Primero que nada se preparan sales precurosras de Tiomolibdato de amonio (TMA) y

tiotungstato de amonio (TTA) siguiendo mtodos. Posteriormente se contina la sntesis con

el TMA y TTA utilizando dos mtodos diferentes y una relacin atmica de

Ni/[Ni+(Mo+W)] = 0.5.

a) Mtodo de reaccin: En este mtodo se ponen en contacto las sales de TMA y TTA en

solucin acuosa a una temperatura de 50 C con agitacin constante durante 30 minutos.

Finalmente se adiciona lentamente NiCl26H2O previamente disuelto en agua

observndose la formacin de un precipitado oscuro. El precursor obtenido es etiquetado

como Ni/(NH4)4MoWS8-R.

b) Mtodo de impregnacin: Se disuelve el TMA en una pequea cantidad de agua

desionizada y con la solucin resultante se impregna lentamente y gota a gota la sal de

TTA con agitacin manual hasta formar una pasta homognea suave. La pasta

obtenida se seca a una temperatura de 100 C por 1 hora y se contina con la impregnacin

adicionando una solucin acuosa de Ni(NO3)26H2O. La mezcla resultante se seca a 100 C

durante 1 hora. Despus del secado se obtiene el precursor llamado Ni/(NH4)4MoWS8-I.

Los catalizadores se obtienen a travs de una descomposicin trmica en un horno

tubular con flujo de una mezcla de gas reductor H2S/H2. Se inicia temperaturaambiente y se

va incrementando la temperatura a una velocidad de calentamiento de 4C/min hasta llegar a

400C. El sistema se mantiene a estas condiciones por 4 horas para obtener el catalizador

etiquetado como NiMoW-I y durante 2 horas para preparar el catalizador NiMoW-R.

El anlisis por difraccin de rayos X (DRX) se realiz usando un difractometro Philips

X Pert MPD con radiacin de Cu; las mediciones de rea superficial se llevaron a cabo en un

equipo Quantachrome AUTOSORB-1 utilizando el mtodo BET. Las imgenes de

microscopia electrnica de barrido (MEB) y transmisin (MET) se tomaron en los equipos

JEOL JSM 5800 LV y Philips CM200, respectivamente.

La medicin de actividad cataltica se llev a cabo en un reactor tipo batch, el cual

se carg con 150 mL de solucin al 5% de DBT en decalina y 1 gramo de catalizador. El

sistema se oper a 350 C, 490 psi y 600 rpm, tomando muestras cada 30 minutos durante 5

horas. El avance de reaccin se sigui analizando las muestras obtenidas en un cromatgrafo

de gases Perkin-Elmer Clarus 500 provisto con automuestreador. Para la determinacin de la

constante de actividad de reaccin se consider un comportamiento cintico de pseudo

orden cero (Nava y col., 2006). La constante de velocidad de reaccin se calcula de la

pendiente experimental obtenida al graficar los puntos de la concentracin de DBT vs tiempo

de acuerdo a la ecuacin: [Slope (1/Hr)] x (Hr/3600 s) (1/1000 mmol) (34 mmol) x (1/gcat).

La relacin atmica Ni/ [Ni+(Mo+W)] para los catalizadores antes y despus de reaccin de

HDS, se determin utilizando un anlisis EDS y los resultados se reportan en la Tabla 1

La relacin atmica Ni/[Ni+(Mo+W)] vara dependiendo del mtodo utilizado para

sintetizar los materiales.

Los patrones de difraccin de rayos X de los catalizadores antes y despus de la

reaccin de HDS se reportan en las Figs. 1a y b. Nuevamente se observa una gran influencia

del mtodo de obtencin en la estructura que presentan los catalizadores obtenidos. Antes de

reaccin, los patrones muestran estructuras pobremente cristalinas de MoS2 y WS2. Las

propiedades de los materiales sintetizados utilizando este mtodo dependen en gran medida de la

atmsfera y las condiciones de calentamiento.

Se observaron picos que corresponden a xido

de tungsteno y segregacin de fases de sulfuro de

nquel como Ni7S6, Ni3S2 y NiS. Se detecta en el

catalizador NIMoW-R una fase de sulfuro de nquel

Ni3S2 en mayor proporcin con respecto al catalizador

NiMoW-I, mientras que la actividad cataltica es casi

el doble, esto sugiere que la fase de Ni3S2 pudiera

tener un efecto de sinergia con el Mo y W. El

catalizador NiMoW-R presenta una menor segregacin

de fases activas, ya que estar relacionado con su mayor

actividad cataltica.

Las imgenes de MEB de los catalizadores

revelan morfologas diferentes antes y despus de la

reaccin de HDS (Figs. 2a-d). El catalizador NiMoW-

I presenta morfologa tipo compacta y la presencia de

cavidades y fracturas producidas durante el proceso

de activacin ex situ. Las cavidades y canales se

forman por la acumulacin y escape de gases de la

estructura del precursor durante la descomposicin

trmica a que es sometido.

Las micrografas de microscopa electrnica de transmisin (MET) se reportan en las

Figs. 3a y b. Se observa la morfologa de franjas tpica del MoS2 y WS2 en los catalizadores

obtenidos. El catalizador NiMoW-R presenta la apariencia de una mejor organizacin y un

buen apilamiento en la direccin c. Este resultado puede corroborarse con los obtenidos

por difraccin de rayos X, en los que se observa una mayor intensidad en el pico (002) para

este catalizador.

La actividad cataltica y la selectividad se

reporta en la Tabla 2. Es evidente la diferencia en

actividad cataltica en los catalizadores sintetizados

en este trabajo. El catalizador NiMoW-R presenta

la actividad cataltica ms alta en la reaccin de

HDS de DBT (k=25x10-7mol/g*s), este valor es

casi el doble del mostrado por el catalizador

NiMoW-I (k=13x10-7mol/g*s).

Se concluye que para la sintesis de los catalizadores no soportados a base de sulfuros de

Ni, Mo y W para probarse en la HDS de DBT. El mtodo de obtencin influye en gran medida

en las propiedades morfolgicas, texturales, catalticas y estructurales de estos materiales.

Este tipo de catalizadores presenta valores muy diferentes de rea superficial especfica y

actividad cataltica. Se observaron estructuras pobremente cristalinas. El catalizador

NiMoW-R presenta una actividad del doble (k=25x10-7mol/g*s) con respecto a un

catalizador industrial NiMo/Al2O3 (k=12x10-7 mol/g*s) en la reaccin de HDS de DBT en las

mismas condiciones de reaccin.

2. SNTESIS DE CATALIZADORES DE Fe-Mo SOPORTADOS

SOBRE SLICE PARA LA OXIDACIN SELECTIVA DE

METANO HASTA FORMALDEHDO

La oxidacin selectiva de metano (MSO) para obtener formaldehdo como producto de

mayor valor agregado, ha sido de gran inters en las ltimas dcadas por razones econmicas

y por los efectos ambientales del metano en el calentamiento global.

El principal objetivo de la reaccin MSO est en producir formaldehdo en una sola

etapa y no en las tres que considera la costosa etapa de reformado de metano:

1. CH4 + H2O CO + 3H2

2. CO + 2H2 CH3OH

3. CH3OH + O2 HCHO

El procedimiento sol-gel para la sntesis de catalizadores de xidos metlicos

soportados sobre slice facilita obtener altas reas superficiales a travs de precursores

metalorgnicos que se hidrolizan cuidadosamente con acondicionamiento del pH del medio

y la temperatura de la reaccin de condensacin. Durante el proceso de transformacin de

sol a xerogel, el pH del sol junto con el tiempo de maduracin, son variables que determinan

la estructura del poro del producto final.

Muestras de slice dopadas con hierro y preparadas por la tcnica sol-gel para analizar

sus propiedades pticas, dan como alternativa de preparacin la utilizacin de HF para

conseguir una solucin homognea y facilitar la incorporacin del hierro, con precursor de

FeO al 5% mol.

La alta dispersin de MoO3 en los catalizadores soportados sobrelslice muestra una

actividad relativamente alta para la oxidacinlparcial de metano hasta compuestos

oxigenados en exceso de vaporlde agua, debido a la generacin del cido silicomolbdico

sobrella superficie del catalizador.

La preparacin del gel de hierro y molibdeno se realiza utilizando solucin etanlica

de las sales precursoras de los componentes del catalizador soportado, principalmente el

alcxido de silicio y las sales de hierro (II) y molibdeno (II) que deben ser solubles en el

solvente del etanol absoluto. Las sales precursoras utilizadas fueron: tetraetil ortosilicato

(TEOS) del 98% , acetato de hierro (II) anhidro del 95% (Aldrich) y Molybdenum (II) acetate

dimer, 99%.

El equipo utilizado para hacer las mediciones de superficie activa fue un porosmetro

Coulter SA 3100, con el cual se tomaron automticamente las isotermas de adsorcin a 77 K

(Bedel, 2002).

El equipo empleado de microscopia electrnica de transmisin es un microscopio de

alta resolucin de tipo EM-002B de Topcon, con una tensin de aceleracin de 200 KV, el

cual tiene acoplado un sistema de anlisis de espectroscopia de energa dispersiva de rayos

X (XEDS KEVEX Deltapro Quantum).

La reduccin a temperatura programada permite identificar las especies potencialmente

reducibles (xidos metlicos) del catalizador, por medio de la medida del hidrgeno

consumido en funcin de la temperatura. Permite establecer la insercin de los metales dentro

de la estructura de la slice y la posibilidad de formacin de especies aisladas de cada uno de

los dos metales.

La microscopia electrnica de barrido fue realizada con un microscopio JEOL 6700

SEM que opera entre 0.53.0 kV con resolucin ltima de 1.0 nm y un rango de ampliacin

de 10X hasta 700.000X.

Para la espectroscopia fotoelectrnica de rayos X se utiliz un espectrmetro VG

(Vacuum Generators) ESCA 3, operando a alto vaco de 5x10-7 Pa. Los rayos X provienen

de magnesio (lnea K, h= 1253,6 e.V).

El anlisis de Difraccin de rayos X se ejecut con un equipo para material en polvo,

marca Siemens de tipo D5000, equipado de un antictodo de cobre (lnea K, = 1,5406 )

o de cobalto (lnea K, = 1,7890 ). El programa de anlisis incluye un ngulo de barrido:

10 2 90, paso en 2: 0.015 grados y tiempo de conteo: 1 s; difractogramas XRD de

muestras de slice y de hierro soportados sobre slice, preparadas por el mtodo sol-gel, no

presentan picos de estructuras cristalinas en el espectro XDR aun despus de la calcinacin

a 800 C.

La reaccin de la oxidacin

selectiva de metano se llev a cabo a

presin atmosfrica en un reactor de

cuarzo en U, con dimetro interior de

6.6 mm, representado en la figura

siguiente. La mezcla de reaccin est

dada por la relacin (CH4/O2/N2 =

7.5/1/4). Los gases de entrada se

introducen independientemente y sus

flujos se controlaron con flujmetros

msicos tipo Brooks 5850, mediante

sistemas electrnicos.

Los productos de reaccin se analizaronn mediante cromatografa de gases en dos vas,

la primera con el cromatgrafo tipo Delsi con columnas Hayesep (polmero poroso) R y T,

con detector de conductividad trmica para permitir la identificacin de varios productos,

entre ellos metano, CO2, etano, eteno, formaldehdo, agua y metanol, y el segundo

cromatgrafo tipo Varian, provisto de malla molecular de 5 con detector TCD que facilita

la resolucin relacionada con la identificacin de O2 y N2 y adems el anlisis de CH4 y CO.

Resultados

Las reas obtenidas por el mtodo BET para los diferentes catalizadores, se relacionan

en la tabla 1. Estas grandes superficies son fundamentales para obtener una buena dispersin

de xidos metlicos.

La distribucin del tamao de poros por el mtodo de adsorcin BJH muestra los

siguientes resultados, presentados en la Tabla 2.

Los catalizadores exhiben un porcentaje promedio alrededor del 28% de

microporosidad, e igualmente poseen un promedio del 47% para el intervalo de mesoporos,

entre 6 y 20 nm.

Las microfotografas MEB tomadas a los diferentes catalizadores de hierro-molibdeno,

catalizador 1 (foto 1) con un aumento X10000; catalizador 2 (foto 2) con un aumento X3000;

catalizador 3 (foto 3) con un aumento X100000; catalizador 4 (foto 4) con un aumento

X2000, muestran en todos los casos una estructura amorfa continua con aglomerados, forma

general de presentacin de la slice preparada por el mtodo sol-gel y calcinada a 400 C. No

se identifica ninguna diferencia entre los catalizadores con la carga del metal, ni con el hierro

El anlisis de XDR de los catalizadores preparados indica la presencia de una banda

ancha centrada en un valor aproximado de d = 3.8 y a un mximo de 2 = 23. En estos

intervalos se pueden encontrar las estructuras de silicio como la cristobalita y el cuarzo, pero

no corresponden a la estructura amorfa que exhiben los catalizadores preparados por el

mtodo sol-gel.

Los experimentos de reduccin a temperatura programada (TPR) se llevaron a cabo

con flujo de 5% hidrgeno/argn en el rango de temperatura entre 200 y 900 C, con una

variacin de 20 C/min y una masa de 50 mg de catalizador. Los resultados mostraron

consumos relativamente bajos de hidrgeno sin mostrar picos de consumo relacionados con

las especies posibles de reduccin como Fe2O3, FeO, MoO3 y MoO2, indicando que los dos

metales se hallan dispersos en alta proporcin

dentro de la matriz de la slice y no hay formacin

de especies aisladas de xidos de los dos metales.

Las conversiones de metano obtenidas para

los seis catalizadores Fe-Mo se observan en la

Figura 6, donde la conversin de metano

aumenta con la temperatura de reaccin, con

mejores resultados para los catalizadores 4

(Fe0,5%-Mo0,3%), 2 (Fe0,5%-Mo0%), 7

(Fe0,5%-Mo1,0%) y 5 (Fe0,5%-Mo0,.5%).

La Tabla 5, contiene los resultados de actividad de los catalizadores con mayor

reactividad en trminos de conversin de metano, selectividades de productos y rendimiento

de formaldehdo para la reaccin de MSO.

A la temperatura de 650 C, las conversiones de metano en % mol son: 3,82, 3,36, 2,69

y 2,69 para los catalizadores 4, 2, 5 y 7, respectivamente. Tambin de la Tabla 5 se puede

concluir que la mxima conversin de metano se consigue con el catalizador 4 (4,07%mol)

a 700 C y que la produccin mxima de formaldehdo se obtiene con el catalizador 5 (242,0

gHCHO/kg-1 cata.h-1) a la temperatura de 750 C.

Los resultados obtenidos establecen que los catalizadores de hierro-molibdeno soportados

sobre slice y preparados por el mtodo sol-gel en las condiciones propuestas en el estudio

son una buena alternativa para mejorar la productividad del formaldehdo en la oxidacin

selectiva del metano, y que la introduccin del segundo metal de molibdeno dentro de la

estructura incrementa tanto la conversin del metano como el rendimiento del producto

formaldehdo, a temperaturas superiores de 650 C. El mtodo de preparacin sol-gel es muy

importante en el proceso de formacin del slido para obtener la dispersin de especies de

xidos metlicos dentro de la matriz de la slice, aspecto bsico para mejorar la selectividad

y el rendimiento de la reaccin de oxidacin del metano hasta formaldehdo, y que puede

servir de referencia para la preparacin de otros xidos metlicos en estudios posteriores.

3. ONE-POT GREEN SYNTHESIS OF SILVER/IRON OXIDE

COMPOSITE NANOPARTICLES FOR 4-NITROPHENOL

REDUCTION

4-Nitrofenol (NP) es un contaminante orgnico comn en aguas residuales. Su

eliminacin es siempre un problema importante. Muchos procesos se han desarrollado,

incluyendo adsorcin, degradacin microbiana, la degradacin fotocataltica, mtodo de

electro-Fenton , la electrocoagulacin, el tratamiento electroqumico, etctera. Por otro lado,

4-NP es tambin un precursor comn de 4-Aminofenol (4-AP) que es un intermedio para la

potente fabricacin de muchos frmacos analgsicos / antipirticos y puede ser utilizado

como revelador fotogrfico, inhibidor de la corrosin, lubricante anticorrosin, y el agente

de teido de cabello.

Ferroso heptahidrato de sulfato, cloruro ferroso tetrahidrato, y se obtuvieron de L-

arginina a partir de Sigma-Aldrich. El nitrato de plata y 4-nitrofenol fueron suministradas por

Alfa Aesar. Borohidruro de sodio se adquiri de Aldrich. Todos los productos qumicos eran

de garanta o reactivos de grado analtico comercialmente disponibles y usados sin

purificacin adicional.

El estudio preliminar revel que, cuando se utiliz cloruro ferroso para la sntesis de

nanoparticulas de xido de hierro, cloruro de plata se form en lugar de plata metlica en el

recubrimiento de plata seguido. As, sulfato ferroso fue utilizado como el precursor para la

sntesis de nanopartculas de xido de hierro. La velocidad de reaccin aumenta con el

aumento de la temperatura de reaccin. Se aprob una temperatura de reaccin adecuada de

70 C. A menos que se indique lo contrario, las nanopartculas plata/ xido de hierro fueron

sintetizados de acuerdo con los siguientes procedimientos. Al principio, FeSO4 y AgNO3 se

disolvieron en solucin de larginina. La solucin fue FeSO4 fuertemente agit a 70 C para

1 h para producir el catalizador, y despus se aadi un volumen igual de solucin de AgNO3

y se agit a 70 C para otro 8 h para obtener la plata /xido de hierro. El producto se recuper

de la mezcla de reaccin por un imn permanente y despus se lavaron varias veces con agua

y etanol.

Los espectros de absorcin de las soluciones coloidales resultantes fueron controlados

por un modelo de espectrofotmetro JASCO V-570 UV / VIS / NIR. El tamao de partcula

y la composicin se determinaron por microscopa electrnica de transmisin (TEM) y de

espectroscopa de rayos x (EDX) en una alta resolucin de la transmisin de emisin de

campo microscopa electrnica. Las estructuras cristalinas se caracterizaron por difraccin

de rayos X (XRD). En la absorcin, los espectros fueron analizados utilizando un JASCO V-

570 UV-VIS.

En general, una cantidad apropiada de compuesto de plata /xido de hierro se aadi a

la solucin acuosa que contiene 4-NP y NaBH4 a la temperatura deseada para iniciar la

reaccin. El color amarillo de la solucin se desvaneci poco a poco, lo que indica la

reduccin de 4-NP. La variacin de la concentracin de 4-NP con el tiempo era monitoreado

espectrofotomtricamente a una longitud de onda de 400 nm. La coeficiente de concentracin

inicial de NaBH4 a 4-NP se fij en 100 por lo que la concentracin de NaBH4 podra ser

considerado como una constante durante la reaccin. Para el reciclaje de experimento, el

catalizador fue obtenido mediante un campo magntico, se lav dos veces con agua

desionizada, y luego reutilizada.

Fig. 1 (a) muestra la imagen TEM tpica de nanopartculas del xido de hierro

resultante. Se encontr que las nanopartculas de xido de hierro eran esfrica con un

dimetro medio de aproximadamente 11,3 2,2 nm. Fig. 1 (b) indica la imagen TEM tpica

para el compuesto de plata /xido de hierro obtenidas cuando la concentracin de AgNO3 en

el mezcla de reaccin fue 10 mM, revelando la morfologa esfrica con un dimetro medio

de 13,8 3,0 nm. A partir de la insercin de la Fig. 1 (b), se pudo observar el revestimiento

de nanopartculas de Ag ms pequeas en la superficie de xido de hierro, revelando el

recubrimiento exitoso de plata. Para demostrar an ms el recubrimiento de plata, su EDX

tambin se analiz. Como se muestra en la Fig. 2, era obvio que los elementos Ag, Fe, y O

fueron co-presentes. Debido a que el producto fue recogido por un imn, este revel que

compuesto de plata /xido de hierro Se sintetizaron nanopartculas. Adems, desde el EDX

anlisis, se determin el porcentaje en peso de Ag en el producto a ser 8,35%.

Fig. 3 (a) muestra los patrones de

difraccin de rayos X de las nanopartculas de

xido de hierro, que revel que el producto se

compone de xido de hierro y hidrxido de

xido de hierro.

Para demostrar la capacidad cataltica, la reduccin de 4-NP (0,1 mM) con NaBH4 en

30 C en presencia de nanopartculas de xido de hierro o nanopartculas compuestas de plata

/ xido de hierro fue examinado. Como se indica en la figura. 5, la presencia de

nanopartculas dexido de hierro no condujo a la disminucin significativa de la absorbancia

a 400 nm, revelando que no tena significativa capacidad cataltica para la reduccin de 4-

NP. En la presencia de plata /xido de hierro, la absorbancia a 400 nm disminuy a

aproximadamente a cero rpidamente dentro de 30 min. Esto demostr la plata/oxido de

hierro posean una buena capacidad cataltica para la reduccin de 4-NP y la capacidad

cataltica fue debido al recubrimiento de nanopartculas de Ag.

La figura 6 muestra los tiempos de dependencias de las absorbancias a 400 nm para la

reduccin de 4-NP a 30 C y diversas concentraciones iniciales 4-NP (0,0265 a 0,148 mM)

con NaBH4 en presencia de plata / hierro nanopartculas compuestas de xido (2 mg / 100

ml). Se encontr que 4-NP se redujo a 4-AP dentro de 10-40 min, aumentando con la

concentracin inicial 4-NP.

El efecto de la temperatura sobre la reduccin de 4-NP con NaBH4 en presencia de

plata / xido de hierro se muestra en la Fig. 7. Las correspondientes constantes de velocidad

de pseudo-primer orden, coeficientes de correlacin, y frecuencias de rotacin se enumeran

en la Tabla 1. Obviamente, la reduccin tasa aument con el aumento de la temperatura.

La figura 8 indica la reduccin de 4-NP

con NaBH4 a 35 C catalizada por diferentes

cantidades de compuesto de plata / xido de

hierro. Era evidente que la tasa de reduccin

aument con el aumento de la cantidad de

catalizador. Las constantes de velocidad de

pseudo-primer orden correspondiente,

coeficientes de correlacin, y las frecuencias de

rotacin se enumeran en la Tabla 1. Adems, se

encontr que la constante de velocidad de

pseudo-primer orden aument linealmente con

la cantidad de catalizador como se indica en el

insercin de la figura 8. Esto confirm el papel

de plata/xido de hierro como el catalizador

para la reduccin de 4-NP con NaBH4.

La figura 9 muestra la reutilizacin de plata/xido de hierro para la reduccin cataltica

de 4-NP con NaBH4 a 30 C. Se observ que la actividad no tuvo ninguna disminucin

significativa despus de reutilizacin para 5 ciclos. Revelaron que las nanopartculas

compuestas de plata /xido de hierro no era desactivado o envenenado significativamente

durante la catlisis, lavado y separacin de procesos. En comparacin con otros metales

nanopartculas que generalmente se oxidaron en la superficie en condicin lcali y llevado a

la prdida de actividad, la plata /xido de hierro desarrollado en la investigacin fue estable.

Plata /xido de hierro se han sintetizado con xito a travs de un proceso de un proceso

verde por el uso de L-arginina para producir una solucin acuosa de un pH de

aproximadamente 10 para la formacin de nanopartculas de xido de hierro y actuar como

un agente reductor para la sntesis de nanopartculas de Ag. La imagen TEM revel que su

dimetro medio era aproximadamente 13,8 3,0 nm. El anlisis EDX demostr la co-

presencia de Ag, Fe, y los elementos S y determinado el porcentaje en peso de Ag como

8,35%. Los patrones de DRX indicaron que el producto era xido de hierro recubierto de

plata y xido de hierro compuesto de hidrxido. La capacidad cataltica se demostr por el

estudio en la reduccin de 4-NP de 4-AP con NaBH4. La tasa constante evaluada en trminos

de pseudo-primer orden modelo cintico aumentaron con los aumentos de cantidad de

catalizador y de la temperatura pero disminuy con el aumento de la concentracin inicial de

4-NP, revelando la reaccin de reduccin fue controlada por difusin y tena la energa de

activacin de 28,2 kJ / mol. Adems, la plata /xido de hierro mostr buena estabilidad. Su

la actividad no tena ninguna disminucin significativa despus de reutilizacin de 5 ciclos.

De acuerdo con ello, esta obra es de gran ayuda en el desarrollo de procesos verdes para los

nanocatalizadores magnticamente recuperables. Adems, este producto podra ser utilizado

en el tratamiento y el agua residual conversin de 4-NP a 4-AP en solucin acuosa bajo

condiciones suaves.

CONCLUSIN

El estudio de la catlisis es de gran importancia en la poca actual as como es un campo

en el cual no existen muchos estudios referentes a estos. La importancia de la catlisis no

solo se centra en la elaboracin de catalizadores para incrementar velocidades de reaccin

como se ha visto en clase, sino que tambin han sido de gran importancia para la reduccin

de contaminantes expulsados hacia el ambiente, como se puede ver en los ltimos 2 artculos.

El estudio de esta rea de la qumica ser de gran importancia, ya que en la poca actual se

necesitan procesos que reduzcan tanto tiempos de reaccin como contaminantes hacia el

ambiente, por lo que opino que nosotros como ingenieros qumico, es de vital importancia

que los conozcamos, para proponer diseos de industrias amigables al medio ambiente y que

a su vez puedan competir con las dems industrias.