Sntesis-y-caracterizacion-de-nanopartculas-de-ni-soportadas-en-sba-15

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO 
 
 
 
FACULTAD DE QUÍMICA 
 
 
 
“SÍNTESIS Y CARACTERIZACIÓN DE NANOPARTÍCULAS 
DE Ni SOPORTADAS EN SBA-15” 
 
 
TESIS 
 
 
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE: 
 
 
INGENIERA QUÍMICA 
 
 
PRESENTA: 
 
 
CLAUDIA PAOLA PEÑALOZA ORTA 
 
 
MÉXICO, D.F. 2012 
 
UNAM – Dirección General de Bibliotecas 
Tesis Digitales 
Restricciones de uso 
 
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reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el 
respectivo titular de los Derechos de Autor. 
 
 
 
 
JURADO ASIGNADO: 
Presidente: Prof. Martín Guillermo Hernández Luna FQ, UNAM 
Vocal: Profa. Lucila Cecilia Méndez Chávez FQ, UNAM 
Secretario: Profa. Tatiana E. Klimova Berestneva FQ, UNAM 
1er Suplente: Prof. Rafael Herrera Nájera FQ, UNAM 
2do Suplente: Profa. María Guadalupe Lemus Barajas FQ, UNAM 
 
SITIO DONDE SE DESARROLLÓ EL TEMA: 
Laboratorio 222, Conjunto E, Edificio de Ingeniería Química, 
Facultad de Química, UNAM 
 
TUTORA DE TESIS: 
____________________________ 
Dra. Tatiana Klimova Berestneva 
 
ASESOR TÉCNICO: 
____________________________ 
M.I. Rodrigo Arturo Ortega Domínguez 
 
SUSTENTANTE: 
____________________________ 
Claudia Paola Peñaloza Orta 
 
 
 
 
“El viaje no termina jamás, sólo los viajeros terminan. El objetivo de un 
viaje es sólo el inicio de otro viaje”. 
José Saramago 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Agradecimientos 
 
A la Dra. Tatiana Klimova Berestneva por su apoyo en la realización de 
esta tesis. 
Al proyecto CONACyT 100945 por el apoyo financiero para la realización 
de este proyecto. 
Al M. en I. Rodrigo Arturo Ortega Domínguez por su asesoría y apoyo en 
la realización de este trabajo. 
A la Q.I. Ma. Cecilia Salcedo Luna por los análisis de las muestras por 
DRX de polvos. 
Al M. en C. Manuel Aguilar Franco por los análisis de DRX de ángulos 
bajos. 
Al I.Q. Iván Puente Lee por los análisis de microscopía de HRTEM. 
A las Q. Elvia Reynosa Herrera y Q. Margarita Portilla Bazua por los 
análisis térmicos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Dedicatorias 
 
A ese ser que a Jaime S. le encanta, por darme la vida, la mejor familia y 
además por poner en mi camino a personas maravillosas que hacen que cada 
día sea grandioso. 
A mis padres por enseñarme desde como agarrar una cuchara hasta como 
resolver ecuaciones algebraicas, gracias por todo su amor, sus regaños y su 
apoyo incondicional, los amo. 
A Beto por ser un genial hermano mayor que siempre me mostró el camino y 
me hizo no tener miedo ante los retos nuevos, gracias por ser infinitamente 
molestoso y estar siempre a mi lado. 
A mi familia adoptiva por abrirme las puertas de su hogar y cobijarme durante 
mi estancia en la universidad con su cariño y atenciones. 
A mis abuelitos que nunca han dejado de estar conmigo, a todos mis tíos (en 
especial a mis tías Lu y Mar por preocuparse tanto, tía Ana por tus valiosos 
consejos y asesorías), y a todos mis primos hermanos que siempre han sido 
más mis hermanos primos. 
A mis compañeros del laboratorio 222: Paty, Rodrigo, Arturito, Julio, Moncha, 
Karla y Rano; gracias por su apoyo y por todos los momentos gratos que 
pasamos juntos (todas las tazas de café, galletas de animalitos y hutnuts 
compartidos). 
A mis amigos de la universidad por los instantes de estrés, por compartir 
amaneceres y anocheceres en la facultad (muchos de ellos haciendo 
proyectos); a los que estuvieron desde que todo comenzó (Karlita, Brenda, 
Antoine y Manuel) y a los que fui conociendo al pasar los meses (Jenny, Julio, 
Pablo, Pedro, Flor, Froy, Efrén y Army). 
Al equipo representativo de voleibol de playa (Klaux, Tan, Ale, Pau, Cin, Pame, 
Itzel, Yas y Dany) por enseñarme que el mayor rival es uno mismo y que con 
disciplina todo es posible, a Vic por su inmensa paciencia y por entregarse al 
100 en su trabajo. Al equipo de voleibol de la facultad de química por defender 
con orgullo la camiseta, por su apoyo y compañía. 
A mi familia de techo que me enseñó el verdadero valor de las cosas y que se 
puede ser feliz a pesar de las adversidades. 
 
 
 
Nomenclatura 
λ: longitud de onda 
BET: Brunauer, Emmet y Teller 
BJH: Barrett-Joyner-Halenda 
DRS: Diffuse Reflectance Spectroscopy (Espectroscopía de Reflectancia Difusa) 
DRX: Difracción de Rayos X 
Ea: energía de activación 
EDTA: ácido etilendiaminotetraacético 
FCC: Fluid Catalytic Cracking (Craqueo Catalítico Fluidizado) 
HRTEM: High Resolution Transmission Electron Microscopy (Microscopía 
Electrónica de Transmission de Alta Resolución) 
ICDD: International Centre of Diffraction Data (Centro Internacional de Datos 
de Difracción) 
IUPAC: International Union of Pure and Applied Chemistry (Union Internacional 
de Química Pura y Aplicada) 
JCPDS: Joint Committee on Powder Diffraction Standards (Comité del Conjunto 
de Estándares en Difracción de Polvos) 
NIR: Near Infra Red (Infra Rojo Cercano) 
NOM: Norma Oficial Mexicana 
NTA: ácido nitrilotriacético 
P: presión del sistema 
PAHs: polycyclic aromatic hydrocarbons (hidrocarburos aromáticos cíclicos) 
Po: presión de saturación del componente 
SBA: Santa Barbara Amorphous 
SEM: Scanning Electron Microscopy (Microscopía Electrónica de Barrido) 
SEMARNAT: Secretaría del Medio Ambiente y Recursos Naturales 
TEM: Transmission Electron Microscopy (Microscopía Electrónica de 
Transmisión) 
TEOS: ortosilicato de tetraetilo 
TPR: Temperature Programmed Reduction (Reducción a Temperatura 
Programada) 
UV: ultravioleta 
Vm: volumen de monocapa 
 
 
Índice 
Agradecimientos .............................................................................................. 3 
Dedicatorias .................................................................................................... 4 
Nomenclatura .................................................................................................. 5 
Índice .............................................................................................................. 6 
Lista de figuras ................................................................................................ 8 
Lista de tablas ............................................................................................... 10 
I. Resumen .................................................................................................. 11 
II. Introducción ........................................................................................... 13 
III. Objetivos ............................................................................................... 15 
IV. Antecedentes ......................................................................................... 16 
Historia del uso de combustibles ...................................................................... 16 
Petróleo ....................................................................................................... 16 
Combustibles y contaminación ........................................................................ 18 
Hidrogenación como medio para mejorar combustibles....................................... 19 
Historia de la catálisis. ................................................................................... 20 
Partes de un catalizador ................................................................................. 23 
Materiales porosos .........................................................................................24 
Mallas moleculares mesoporosas ..................................................................... 29 
Uso de agentes ligantes en la preparación de catalizadores ................................. 31 
Técnicas de caracterización de materiales ......................................................... 33 
V. Desarrollo experimental .......................................................................... 45 
VI. Resultados y Análisis de Resultados....................................................... 53 
Fisisorción de nitrógeno .................................................................................. 53 
Microscopía electrónica de transmisión de alta resolución ................................... 61 
Difracción de rayos X de polvos (DRX) ............................................................. 63 
Difracción de rayos X de ángulos bajos (DRX a.b.) ............................................. 67 
Análisis termogravimétrico.............................................................................. 69 
 
 
Reducción a temperatura programada .............................................................. 71 
Espectroscopía UV-vis para las soluciones de impregnación ................................ 73 
Espectroscopía de reflectancia difusa en el rango UV-vis para polvos ................... 74 
Evaluación catalítica ....................................................................................... 77 
VII. Conclusiones ........................................................................................ 84 
VIII. Anexos ................................................................................................ 85 
1. Número de cetano ................................................................................... 85 
2. Modelo de Langmuir ................................................................................ 86 
3. Modelo de adsorción de BET ..................................................................... 89 
4. Distribución de volumen de poro (ecuación de Kelvin y método t-plot) ........... 96 
5. Demostración de la ley de Bragg ............................................................... 99 
6. Determinación del tamaño de cristal empleando la ecuación de Scherrer ...... 101 
7. Parámetros estructurales del soporte (espesor de pared) ........................... 102 
8. Exceso de H2utilizado en la reacción de hidrogenación................................ 103 
9. Cálculo de los coeficientes de rapidez de reacción ...................................... 104 
10. Cálculos para la preparación de catalizadores ......................................... 106 
IX. Referencias .......................................................................................... 110 
 
 
 
 
 
 
 
 
8 
 
Lista de figuras 
 
Figura 1. Productos principales del petróleo. ........................................... 17 
Figura 2. Consumo de energía primaria en el 2010 en los EUA por fuente y 
sector. .............................................................................................. 18 
Figura 3. Esquema de reacción de hidrogenación de naftaleno. .................. 20 
Figura 4. Diagrama de energía en un sistema reaccionante. ...................... 21 
Figura 5. Vías de la reacción A+BC mediante catálisis heterogénea. ........ 22 
Figura 6. Propiedades de un catalizador. ................................................ 24 
Figura 7. Tipos de poros. ..................................................................... 25 
Figura 8. Tipos de isotermas de adsorción. ............................................. 27 
Figura 9. Tipos de histéresis. ................................................................ 28 
Figura 10. Principales mallas moleculares mesoporosas. ........................... 30 
Figura 11. Mecanismo de formación de la SBA-15. ................................... 30 
Figura 12. Estructura del H4EDTA. ......................................................... 31 
Figura 13. Complejo Ni(EDTA)2-. ........................................................... 32 
Figura 14. Estructura de ácido cítrico. .................................................... 32 
Figura 15. Complejo [Ni (C6H8O7)2]
4-. .................................................... 32 
Figura 16. Diferencia ente microscopía tipo SEM y TEM............................. 36 
Figura 17. Espectro de rayos X de molibdeno como función del voltaje 
aplicado. ............................................................................................ 37 
Figura 18. Celdas unitarias de Bravais. .................................................. 39 
Figura 19. Índices de Miller. ................................................................. 40 
Figura 20. Reflexión especular y difusa. ................................................. 44 
Figura 21. Metodología de síntesis del soporte SBA-15. ............................ 46 
Figura 22. Metodología para impregnar el soporte. .................................. 47 
Figura 23. Equipo ASAP 2020 ............................................................... 48 
Figura 24. Equipo AutoChem II 2920. .................................................... 50 
Figura 25. Isotermas de ads-des de N2 en el soporte puro y catalizadores con 
carga de 5 % de Ni en peso. ................................................................. 53 
Figura 26. Isotermas de ads-des de N2 en el soporte puro y catalizadores con 
carga de 10 % en peso de Ni. ............................................................... 54 
Figura 27. Isotermas de ads-des de N2 en el soporte puro y catalizadores con 
carga de 20 % en peso de Ni. ............................................................... 54 
Figura 28. Distribución de tamaño de poro del soporte SBA-15 y catalizadores 
con carga de 5 % en peso de Ni (adsorción). ........................................... 56 
Figura 29. Distribución de tamaño de poro del soporte SBA-15 y catalizadores 
con carga de 10 % en peso de Ni (adsorción). ......................................... 56 
Figura 30. Distribución de tamaño de poro del soporte SBA-15 y catalizadores 
con carga de 20 % en peso de Ni (adsorción). ......................................... 57 
9 
 
Figura 31. Distribución de tamaño de poro del soporte puro y catalizadores 
con carga de 5 % en peso de Ni (desorción). ........................................... 58 
Figura 32. Distribución de tamaño de poro del soporte puro y catalizadores 
con carga de 10 % en peso de Ni (desorción). ......................................... 59 
Figura 33. Distribución de tamaño de poro del soporte puro y catalizadores 
con carga de 20 % en peso (desorción). ................................................ 59 
Figura 34. Área superficial del soporte puro y catalizadores. ...................... 60 
Figura 35. Micrografía HRTEM 20 Ni/SBA-15. .......................................... 61 
Figura 36. Micrografía HRTEM 20 Ni Cit/SBA-15. ..................................... 61 
Figura 37. Micrografía HRTEM 20 Ni/SBA-15. .......................................... 62 
Figura 38. Micrografía HRTEM 20 Ni/SBA-15. .......................................... 62 
Figura 39. Micrografía HRTEM 20 Ni/SBA-15. .......................................... 62 
Figura 40. Micrografía HRTEM 20 Ni Cit/SBA-15. ..................................... 62 
Figura 41. Micrografía HRTEM 20 Ni Cit/SBA-15. ..................................... 63 
Figura 42. DRX de polvos de catalizadores con carga de 5 % en peso de Ni 
reducidos a 400 °C y sin reducir. ........................................................... 64 
Figura 43. DRX de polvos de catalizadores con carga de 10 % en peso de Ni 
reducidos a 400 °C y sin reducir. ........................................................... 65 
Figura 44. DRX de polvos de catalizadores con carga de 20 % en peso de Ni 
reducidos a 400°C y sin reducir. ........................................................... 65 
Figura 45. Tamaño de cristal de NiO para los materiales sin reducir. ........... 67 
Figura 46. Difractograma de rayos X de ángulos bajos para el soporte SBA-15 
y los catalizadores con una carga de 10 % en peso de Ni. .......................... 68 
Figura 47. Termogramas de catalizadores con carga de 10 % en peso de Ni 
soportados en SBA-15. ........................................................................ 70 
Figura 48. Resultados de análisis termogravimétrico diferencial. ................ 70 
Figura 49. TPR de catalizadores con carga de 5 % en peso de Ni. ............... 72 
Figura 50. TPR catalizadores con carga de 10 % en peso de Ni. ................. 72 
Figura 51. TPR catalizadores con carga de 20 % en peso de Ni. ................. 73 
Figura 52. Espectroscopía UV-vis para las soluciones de impregnación de los 
catalizadores con 5 % en peso de Ni. ..................................................... 74 
Figura 53. Espectros de reflectancia difusa (DRS) de catalizadores sin calcinar 
con 10 % de Ni. .................................................................................. 75 
Figura 54. Espectros de reflectancia difusa (DRS) de catalizadores calcinados 
preparados sin ligantes. ....................................................................... 76 
Figura 55. Espectros de reflectancia difusa (DRS) de catalizadores calcinados 
preparados con EDTA. .......................................................................... 76 
Figura 56. Espectros de reflectancia difusa (DRS) de catalizadores calcinados, 
preparados con ácido cítrico. ................................................................. 76 
Figura 57. Curvas de reacción empleando catalizador 10 Ni/SBA-15. .......... 78 
Figura 58. Curvas de reacción empleando catalizador 10 Ni Cit/SBA-15. ...... 78 
Figura 59. Curvas de reacción empleando catalizador 10 Ni EDTA/SBA-15. .. 78 
10 
 
Figura 60. Cambio de concentraciones en función del tiempo para el sistema 
de reacciones consecutivas ABC. ...................................................... 79 
Figura 61. Curvas de reacción empleando catalizador 10 Ni EDTA/SBA-15 para 
la 1er hora de reacción. ....................................................................... 80 
Figura 62. Porcentaje de reactivo sin consumir y productos obtenidos al final 
de la reacción (hora 6). ........................................................................ 81 
Figura 63. Fenómenos que afectan a la superficie que tiene una molécula 
adsorbida (s1) en el modelo de BET. ...................................................... 90 
Figura 64. Estructuras que forman las moléculas en la en el fenómeno de 
adsorción de BET. ............................................................................... 92 
Figura 65. Ejemplo de isoterma y tratamiento de BET ............................. 95 
Figura 66. Influencia del diámetro de poros en el proceso de desorción de 
nitrógeno (fenómeno de capilaridad). ..................................................... 96 
Figura 67. Método t-plot para determinar el volumen de microporos. .......... 98 
Figura 68. Difracción de rayos X en un cristal.......................................... 99 
Figura 69. Factor FWHM de la ecuación de Scherrer. .............................. 101 
Figura 70. Espesor de pared en un arreglo hexagonal............................. 102 
Figura 71. Cálculo de los coeficientes de reacción para los catalizadores 
preparados sin ligantes. ..................................................................... 104 
 
 
Lista de tablas 
 
Tabla 1. Clasificación de materiales porosos ............................................ 25 
Tabla 2. Cantidades necesarias para preparar 1 g de soporte SBA-15. ......... 45 
Tabla 3. Nomenclatura para los catalizadores sintetizados.......................... 47 
Tabla 4. Resumen de propiedades texturales de los materiales sintetizados. . 60 
Tabla 5. Tamaño de cristal obtenido con la ecuación de Scherrer. ............... 66 
Tabla 6. Conversión de naftaleno en función del tiempo para los diferentes 
catalizadores. ..................................................................................... 77 
Tabla 7. Coeficientes de rapidez de primer oreden para la reacción de 
hidrogenación de naftaleno. .................................................................. 83 
Tabla 8. Cálculo del espesor de pared del soporte. .................................. 102 
 
 
 
 
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Facultad de Química, UNAM Resumen 
 
11 
 
I. Resumen 
 
Los hidrocarburos poliaromáticos pueden acumularse en el ambiente, 
algunos de ellos son tóxicos, carcinógenos y mutagénicos. El naftaleno 
pertenece a ese grupo de hidrocarburos; en 1992 fue clasificado como 
un contaminante por la agencia de protección ambiental (USA). La 
hidrogenación de compuestos aromáticos es una etapa esencial en la 
refinación del petróleo que permite la producción de mejores 
combustibles que cumplan con los bajos contenidos de azufre, nitrógeno 
y compuestos aromáticos que las regulaciones ambientales exigen. 
En este trabajo se propone el uso de un catalizador con níquel como 
fase activa para la reacción de hidrogenación de naftaleno, el material 
SBA-15 se eligió como soporte debido a que sus propiedades texturales 
resultan atractivas. 
Se prepararon los catalizadores con cargas de 5 %, 10 % y 20 % en 
peso de Ni, usando el método de impregnación por humedad incipiente, 
con y sin el uso de ligantes como EDTA y ácido cítrico. 
Los catalizadores se caracterizaron empleando los métodos de fisisorción 
de N2, microscopía electrónica de transmisión, reducción a temperatura 
programada, espectroscopía UV-visible, análisis termogravimétrico, 
difracción de rayos X de ángulos bajos, difracción de rayos X de polvos y 
se evaluaron en la reacción de hidrogenación de naftaleno. 
El soporte sintetizado presentó poros en el rango mesoporoso, y cumplió 
con la estructura hexagonal prevista; la cual se conservó después de 
añadir el Ni y los ligantes, no así su área superficial que disminuyó en 
función de la carga de Ni y del uso de los ligantes. 
Facultad de Química, UNAM Resumen 
 
12 
 
El Ni formó complejos con los ligantes; el EDTA dispersó bien los 
cristales de NiO, lo que tuvo un efecto en las altas conversiones 
obtenidas para los catalizadores preparados con ese ligante. En una 
hora de reacción la conversión obtenida fue mayor a 97 % para los 
catalizadores modificados con EDTA, valor que los otros catalizadores no 
pudieron alcanzar después de 6 horas de reacción. 
El ácido cítrico formó complejos con el Ni2+ pero los catalizadores 
modificados con este ligante dieron las conversiones más bajas en 
comparación con los demás catalizadores preparados. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Facultad de Química, UNAM Introducción 
 
13 
 
II. Introducción 
 
En México, cerca del 88 % de la energía primaria que se consume 
proviene del petróleo; éste es la principal fuente de insumos para 
generar energía eléctrica, además permite la producción de 
combustibles para los sectores de industria y transporte; y es la materia 
prima de una gran cantidad de productos [1]. 
Los compuestos aromáticos y heterocíclicos que están presentes en 
distintas proporciones en el petróleo crudo y sus productos derivados; 
afectan severamente en las etapas de producción, manejo y 
procesamiento del petróleo. 
La presencia de hidrocarburos aromáticos en combustibles daña el 
medio ambiente, además, en motores que utilizan diesel provoca la 
formación de hollín y se obtiene una combustión pobre que se refleja en 
un bajo número de cetano. 
El reto en estos días es mejorar la calidad de los combustibles, 
apegándose a las regulacionesambientales que exigen bajos contenidos 
de azufre, nitrógeno y compuestos aromáticos. 
El hidroprocesamiento ha surgido como una opción para cumplir con los 
retos antes presentados; consiste en reacciones catalíticas que se llevan 
a cabo con hidrógeno a alta presión y temperatura para cumplir con 
objetivos como: 
 Remover heteroátomos (nitrógeno, azufre o metales) de las 
corrientes de hidrocarburos. 
 Saturar hidrocarburos insaturados como olefinas y compuestos 
aromáticos. 
Facultad de Química, UNAM Introducción 
 
14 
 
 Romper cadenas largas de hidrocarburos para obtener compuestos 
más ligeros (hidrocracking). 
En el hidrotratamiento existen procesos destinados a eliminar azufre o 
nitrógeno que pueden reducir parcialmente el contenido de compuestos 
aromáticos. 
Este trabajo se enfoca al proceso de hidrogenación de aromáticos. Se 
propone la síntesis y caracterización de catalizadores de níquel 
soportados en el material mesoestructurado SBA-15 para la 
hidrogenación de la molécula modelo de naftaleno [2,3]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Facultad de Química, UNAM Objetivos 
15 
 
III. Objetivos 
 
 Objetivo general: 
 
 Sintetizar una serie de catalizadores de Ni/SBA-15 con y sin el uso 
de agentes ligantes, caracterizarlos y evaluarlos en la reacción de 
hidrogenación de naftaleno. 
 
 Objetivos específicos: 
 
 Sintetizar el soporte mesoporoso SBA-15 y caracterizarlo por 
fisisorción de N2. 
 Introducir níquel al soporte empleando el método de 
impregnación por humedad incipiente, con cargas del 5 %, 10 % 
y 20 % en peso de níquel. 
 Agregar a las soluciones de impregnación de nitrato de Ni, ácido 
cítrico y ácido etilendiaminotetraacético como agentes ligantes, 
para formar complejos de coordinación con Ni(II) y de esta 
manera modificar las características de los precursores de níquel. 
 Caracterizar los catalizadores preparados por medio de fisisorción 
de N2, microscopía electrónica de transmisión, reducción a 
temperatura programada, análisis termogravimétrico, 
espectrofotometría en el rango UV-visible, difracción de rayos X 
de ángulos bajos y difracción de rayos X de polvos. 
 Evaluar el desempeño de los catalizadores sintetizados en la 
reacción de hidrogenación de naftaleno. 
 Comparar las actividades catalíticas obtenidas con las 
características de los diferentes catalizadores y su carga de 
níquel. 
 Explicar el comportamiento presentado. 
Facultad de Química, UNAM Antecedentes 
16 
 
IV. Antecedentes 
Historia del uso de combustibles 
La rueda ha sido considerada como el invento más importante para la 
humanidad. Antes del siglo XIX, la energía necesaria para hacer girar la 
rueda se obtenía de la fuerza del hombre, de animales o de la 
naturaleza, hasta que se inventó la máquina de vapor y con ella inició la 
revolución industrial. La demanda de combustibles (carbón) aumentó, 
ya que eran necesarios para producir vapor [4]. La máquina de vapor 
opera como un hervidor gigante; el combustible es quemado para 
producir vapor y con éste mover máquinas. Las primeras máquinas de 
vapor operaban con un proceso llamado combustión externa, que se 
caracteriza por tener altas pérdidas de energía. Muchos inventores 
trabajaron para crear una máquina que fuera más eficiente. En 1876 
Nicolaus Otto logró construir la primera máquina de combustión interna, 
que constaba de cuatro etapas; su idea fue perfeccionada y actualmente 
ese tipo de máquina es la que emplean la mayoría de los automóviles 
[5]. 
La segunda revolución industrial arrancó con la necesidad de satisfacer 
la demanda de combustibles provenientes del petróleo crudo para las 
máquinas de combustión interna. El desarrollo de la industria de la 
refinación del petróleo ha ido en aumento gracias a los requerimientos 
de mejores transportes y de la conciencia ecológica que exige 
combustibles de mejor calidad. 
Petróleo 
El petróleo es una fuente de energía no renovable, se formó hace 
millones de años por la descomposición de sustancias orgánicas 
provenientes de organismos de origen vegetal y animal. Está compuesto 
Facultad de Química, UNAM Antecedentes 
17 
 
por una mezcla de cientos de hidrocarburos de distinto peso molecular e 
impurezas (compuestos con azufre, nitrógeno y algunos metales) que 
son eliminadas en el proceso de refinación [6]. 
La refinación del petróleo consiste en separarlo en distintas fracciones y 
hacer tratamientos químicos para obtener productos comercializables. 
Entre los procesos que se llevan a cabo en una refinería están: 
destilación atmosférica, destilación al vacío, reformación catalítica, 
hidrotratamientos, craqueo catalítico FCC (Fluid Catalytic Cracking), 
hidrocraqueo, entre otros [7]. 
En la figura 1 [1] se muestran algunos de los productos más 
importantes derivados del petróleo, los cuales son separados de acuerdo 
a su punto de ebullición. Los compuestos más ligeros son los que se 
encuentran en la parte superior, mientras que los más pesados están en 
el fondo de la torre de destilación [8]. 
 
Figura 1. Productos principales del petróleo. 
El petróleo constituye la fuente de energía más importante a nivel 
mundial. En el 2008 ocupaba un 35 % seguido del carbón con un 28 % 
y el gas natural con un 23 %. En la figura 2 se muestran datos más 
recientes del consumo de energía primaria en los Estados Unidos de 
América, que es el país que consume más energía en el planeta [8]. 
Facultad de Química, UNAM Antecedentes 
18 
 
 
Figura 2. Consumo de energía primaria en el 2010 en los EUA por fuente y sector. 
Combustibles y contaminación 
La liberación a la atmósfera de productos de combustión es cada vez 
más grande. El sector de transporte, ocupa el segundo lugar en el uso 
del petróleo (figura 2). Se estima que en el 2010 en los Estados Unidos 
de América se gastaron 378 millones de galones de gasolina por día (la 
gasolina es el combustible más empleado para transportes en los EUA, 
lo emplean alrededor de 249 millones de vehículos) [8]. 
En México, de acuerdo con el programa Proaire 2002-2010, los vehículos 
automotores de la zona metropolitana del valle de México, representan 
la principal fuente de contaminación atmosférica. Existen más de 3 
millones de unidades circulando cuyo requerimiento diario es de 18 
millones de litros de gasolina y 4.5 millones de litros de diesel [9]. 
Las regulaciones ambientales tienen que ser más estrictas para 
garantizar que únicamente muy bajas concentraciones de compuestos 
aromáticos se liberen al medio ambiente, pues los hidrocarburos 
poliaromáticos (PAHs) pueden acumularse en el ambiente, algunos de 
ellos son tóxicos, carcinógenos y mutagénicos. El naftaleno pertenece al 
grupo de los PAHs y en 1992 fue clasificado como un contaminante 
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19 
 
según la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos de 
América. La alta concentración de compuestos aromáticos en los 
combustibles se asocia con la baja calidad de éstos; en el diesel provoca 
una disminución en el número de cetano (ver anexo 1) [2,3]. En México 
la NOM-086 de la SEMARNAT especifica que el diesel debe de cumplir 
con un número de cetano de 48 como mínimo y con un volumen de 
compuestos aromáticos de 30 % como máximo, para la turbosina el 
volumen de compuestos aromáticos no debe de exceder de 25 % [10]. 
Para lograr este objetivo se han empleado reacciones de oxidación e 
hidrogenación para reducir la cantidad de compuestos aromáticos en los 
combustibles. 
Hidrogenación como medio para mejorar combustibles 
La hidrogenación consiste en romper dobles y triples enlaces para 
introducir moléculas de hidrógeno. En los compuestos poliaromáticos 
(con más de un anillo aromático) se favorece la hidrogenación del anillo 
con menor número de enlaces dobles y triples. 
La hidrogenación de compuestos aromáticos es una etapa esencial en la 
refinacióndel petróleo ya que permite la producción de mejores 
combustibles, que además son amigables con el ambiente. 
La hidrogenación de naftaleno es una reacción consecutiva, primero 
ocurre la formación de tetralina (compuesto parcialmente hidrogenado) 
y posteriormente se forma la decalina (compuesto totalmente 
hidrogenado) como se muestra en la figura 3 [11, 12]. 
Durante el proceso de refinación, las reacciones de hidrogenación se 
realizan a las mismas condiciones que las reacciones de 
hidrodesulfuración (ocurren como reacciones paralelas); y como son 
reacciones catalíticas, la presencia de los compuestos azufrados tiene un 
efecto negativo por la competencia que se genera entre compuestos 
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20 
 
aromáticos y azufrados para ocupar los sitios activos del catalizador 
[13]. 
 
Figura 3. Esquema de reacción de hidrogenación de naftaleno. 
Historia de la catálisis. 
Cuando la química comenzaba a progresar, algunos científicos se 
percataron de un fenómeno en el que algunas sustancias podían 
incrementar la rapidez de las reacciones, aunque no participaran en 
ellas. En 1806 los franceses Clement y Desormes trabajaron en la 
producción de ácido sulfúrico y descubrieron la acción de óxidos de 
nitrógeno para obtener SO3; otros científicos como Kirchhoff (1811), 
Thenard (1813), Davy (1817), Dobereiner (1821), entre otros: 
observaron el mismo fenómeno en sus respectivos trabajos y en 1836 el 
término de catálisis fue empleado por primera vez por Berzelius. 
Catálisis proviene del griego κατάλσσις que significa descomponer o 
acabamiento [14,15]. 
La catálisis es un proceso mediante el cual aumenta o disminuye la 
rapidez de una reacción química. Para que ocurra una reacción debe de 
superarse una barrera energética denominada energía de activación; la 
catálisis propone un camino alterno para llegar de reactivos a productos 
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21 
 
con una energía de activación menor, como se muestra en la figura 4 
[16]. 
 
Figura 4. Diagrama de energía en un sistema reaccionante. 
Algunas características importantes del fenómeno de catálisis son: 
 El catalizador debe de conservarse en cantidad y naturaleza al 
finalizar el ciclo de la reacción. 
 Los catalizadores sólo afectan la cinética de las reacciones (la 
termodinámica no se afecta). 
 Un catalizador no cataliza de igual forma todas las reacciones 
sobre las cuales puede actuar [17]. 
La catálisis se clasifica dependiendo de la fase en que se encuentren los 
reactivos y el catalizador. La catálisis homogénea se refiere a sistemas 
de una sola fase; mientras que la catálisis heterogénea corresponde a 
sistemas de más de una fase. El fenómeno que se estudia en este 
trabajo corresponde a catálisis heterogénea: el catalizador es sólido y 
los reactivos y productos se encuentran en fase gaseosa. 
En la catálisis heterogénea hay una serie de pasos como son: adsorción, 
migración de especies, reacción en la superficie y desorción; los cuales a 
su vez pueden ocurrir de varias formas. Por ejemplo, para la reacción: 
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22 
 
A + B  C 
Existen dos mecanismos mostrados en la figura 5 [18], por los que los 
reactivos A y B que están en forma gaseosa se conviertan en el 
producto C, partiendo de que al menos una de las moléculas reactantes 
debe fijarse por un lapso de tiempo a la superficie del catalizador. 
a) Mecanismo de Langmuir-Hinshelwood: es el mecanismo más 
común; las dos especies A y B son adsorbidas en la superficie 
catalítica, una reorganización atómica se efectúa en la capa 
adsorbida. 
b) Mecanismo de Eley-Rideal: sólo uno de los reactivos está 
adsorbido y reacciona cuando el otro reactivo que se encuentra en 
fase gaseosa choca con él [18]. 
 
Figura 5. Vías de la reacción A+BC mediante catálisis heterogénea. 
El mecanismo de Langmuir-Hinshelwood (izquierda) y mecanismo de Eley-Rideal (derecha). 
La adsorción se refiere a la acumulación de un material denominado 
adsorbato en la superficie; hay dos tipos de adsorción: la fisisorción y la 
quimisorción. 
En la fisisorción las interacciones entre la superficie y el adsorbato son 
débiles del tipo de van der Waals, los cambios de entalpia son 
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23 
 
pequeños, en un rango de (10-40) kJ/mol; mientras que en la 
quimisorción las interacciones son fuertes, puesto que hay ruptura y 
formación de enlaces; por ello los cambios de entalpía son grandes: van 
desde (80-400) kJ/mol [19]. 
Partes de un catalizador 
Algunos catalizadores se utilizan en su estado puro (catalizadores 
másicos o no soportados), pero la mayoría se compone de varios 
elementos (catalizadores soportados) los cuales desempeñan una tarea 
esencial: 
 Fase activa: es el compuesto catalítico, es decir la sustancia que 
permite que la reacción se efectúe con mayor rapidez; generalmente 
se emplean metales nobles por su actividad específica y su 
resistencia, pero su alto costo ha hecho que se recurra al uso de 
metales como Ni, Cu, W, Ti, etc. 
 Soporte: sustancia poco activa en la reacción, se caracteriza por su 
porosidad y área superficial muy extensa, su finalidad es dispersar la 
fase activa. 
 Promotor: sustancia que puede mejorar la actividad, selectividad y 
resistencia al envenenamiento de la fase activa. 
Un catalizador debe de reunir varias propiedades para ser utilizado en 
un proceso químico. En la figura 6 se muestran las principales; siendo 
las propiedades catalíticas las de mayor importancia. 
La actividad catalítica se refiere a la capacidad de aumentar la velocidad 
de la reacción con respecto a la manifestada sin catalizador, a las mimas 
condiciones de temperatura, presión, concentración etc. 
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24 
 
La selectividad es una medida de la capacidad que tiene el catalizador 
para acelerar una reacción específica, se define como el porcentaje de 
reactivo consumido que forma el o los productos deseados. 
La estabilidad del catalizador es la capacidad de mantener sus 
propiedades durante un tiempo de uso; en otras palabras, es el tiempo 
de vida útil del catalizador. 
 
Figura 6. Propiedades de un catalizador. 
 
Materiales porosos 
Como ya se dijo anteriormente, la mayoría de los catalizadores tienen 
como soporte a sólidos porosos, su alto valor de área superficial se debe 
a la contribución de las paredes de los poros. Como los procesos 
catalíticos ocurren en la superficie del catalizador, el área es un factor 
importante que ayuda a mejorar la actividad del catalizador al dispersar 
las fases activas del mismo. El tamaño y forma de los poros son muy 
variables; la IUPAC los clasifica de acuerdo a su tamaño de la siguiente 
forma (tabla 1) [20]: 
 Microporos: diámetro <2 nm 
 Mesoporos 2 nm<diámetro<50 nm 
 Macroporos diámetro>50 nm 
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25 
 
Tabla 1. Clasificación de materiales porosos 
Tamaño de 
poro (nm) 
Clasificación 
IUPAC 
Material típico 
Diámetro de poro 
(nm) 
>50 Macroporos 
Vidrios porosos 
Geles porosos 
50-400 
2-50 Mesoporos Mallas moleculares mesoporosas 2-10 
<2 Microporos 
Arcillas naturales 
Arcillas pilareadas 
0.4-0.9 
Zeolitas 
Poro ultragrande 0.7-1.3 
Poro grande 0.55-0.7 
Poro mediano 0.5-0.55 
Poro pequeño 0.28-0.5 
 
Por su forma, los poros pueden ser cilindros (como en alúmina y 
magnesia), de ranuras (como en las arcillas y el carbón activado) o 
huecos entre esferas (como en la silica); hay otros tipos de poros que se 
muestran en la figura 7 [21]. 
 
Figura 7. Tipos de poros. 
El conocer la morfología de los sólidos resulta útil para entender cómo 
transcurre la reacción catalizada, pues la transferencia de masa que 
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26 
 
ocurre durante la reacción se ve afectada por el tamaño y la forma de 
los poros que se contempla conel factor de tortuosidad [22]. 
El área superficial y la distribución del tamaño de poro son 
características morfológicas de interés de los sólidos porosos. Existe una 
gran variedad de técnicas para determinar estas características, como 
por ejemplo: 
 Adsorción de nitrógeno: sirve para determinar área superficial, y las 
distribuciones de volumen y tamaño de microporos, mesoporos y 
macroporos. 
 Adsorción de kriptón, argón y helio a baja temperatura: se utiliza 
para medir microporos. 
 Porosimetría de mercurio: se emplea para medir macroporos y 
mesoporos; se basa en el hecho de que el ángulo de contacto del 
mercurio con la mayoría de los sólidos es mayor a 90 °, por esta 
razón sólo puede penetrar en los poros cuando se aumenta 
considerablemente la presión del sistema [21,23]. 
 Humedad incipiente: se emplea para medir el volumen total de los 
poros, consiste en impregnar al sólido con un líquido (comúnmente 
agua), el cual se añade hasta que el sólido ya no puede retener más. 
El volumen de poros es igual al volumen de líquido empleado. 
La adsorción de nitrógeno a 77 K es la técnica más usada para 
determinar las propiedades texturales de un sólido poroso. Se obtiene la 
isoterma de adsorción que es la gráfica de la cantidad de nitrógeno 
adsorbido contra la presión relativa (P/Po). 
La forma de la isoterma de adsorción de nitrógeno depende de la 
textura del sólido poroso. La IUPAC ha clasificado seis tipos de 
isotermas, de los cuales solo cuatro sirven para caracterizar los sólidos 
porosos (figura 8) [20]:
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27 
 
 
 
Figura 8. Tipos de isotermas de adsorción. 
 
 
 
 
 
 Tipo I: microporosos 
 Tipo II: macroporosos 
 Tipo IV: mesoporosos 
 Tipo VI: materiales uniformes 
ultramicroporosos 
El fenómeno llamado histéresis, es causado por la diferencia que hay 
entre el proceso de adsorción y desorción de las moléculas; se relaciona 
con la forma de los poros: un cambio de geometría en el poro hace que 
existan diferencias entre la adsorción y desorción. La IUPAC tiene una 
clasificación de los materiales de acuerdo al tipo de histéresis que 
presentan y se muestran en la figura 9 [20]. 
 Tipo H1: poros uniformes en forma de cilindros o huecos entre 
agregados de esferas. 
 Tipo H2: poros no uniformes en forma de cilindros o huecos entre 
agregados de esferas. 
 Tipo H3: poros de rendija no uniformes. 
 Tipo H4: poros de rendija uniformes. 
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28 
 
 
Figura 9. Tipos de histéresis. 
De las isotermas se obtiene la información buscada empleando 
diferentes métodos; el que se empleó en este trabajo es el método de 
BET que se describe a continuación: 
El método BET para área superficial es la herramienta más difundida 
para determinar el volumen de la monocapa (Vm); fue propuesto por 
Brunauer, Emmet y Teller en 1938, se basa en el modelo de Langmuir 
pero enfocado a multicapas (ver anexos 2 y 3) [24]. 
Las consideraciones que toma en cuenta son: 
 La superficie del sólido es energéticamente uniforme; por lo que el 
calor de adsorción es constante para la primera capa (monocapa). 
 No hay interacción lateral entre las moléculas adsorbidas. 
 Las moléculas adsorbidas pueden actuar como una superficie de 
adsorción. 
 El calor de adsorción de todas las capas (excepto la primera) es igual 
al calor de condensación. 
La ecuación a la que se llega después del tratamiento matemático 
expuesto en el anexo 3 es la siguiente: 
 
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29 
 
Según el modelo de BET, el volumen de gas adsorbido (V) depende de 
la presión relativa del sistema (P/P0), del volumen de la monocapa (Vm) 
y del parámetro C, que está relacionado con el calor de adsorción y 
licuefacción. 
Mallas moleculares mesoporosas 
El punto de partida de las llamadas mallas moleculares se centra en 
1756 con el descubrimiento de aluminosilicatos conocidos como zeolitas. 
Se les llamó de esta forma por su capacidad para adsorber de forma 
selectiva distintos compuestos. Las características de este tipo de 
compuestos y sus aplicaciones industriales, impulsaron la búsqueda de 
nuevos materiales. Las investigaciones se concentraron en materiales 
con tamaño de poros que permitieran la adsorción de moléculas de 
mayor tamaño [25]. 
En 1992 el grupo Mobil Oil Corporation y colaboradores descubrieron un 
nuevo material que tenía un arreglo molecular ordenado y periódico, 
estaba compuesto por estructuras hexagonales de silicato, lo nombraron 
M41S. Este material tiene poros en el rango mesoporoso y se 
caracteriza por tener un área superficial alta. La familia M41S está 
conformada por los materiales MCM-41 (hexagonal), MCM-48 (cúbico) y 
MCM-50 (lamelar). [26-28]. 
Otra familia de materiales fue introducida por el grupo de Pinnavaia, que 
creó sílices hexagonales HMS y MSU; la técnica que emplean hace que 
la estructura del poro resultante se asemeje al agujero dejado por un 
gusano; de ahí que les llamen “wormhole” [29]. El otro grupo 
importante de mallas moleculares mesoporosas corresponde a la familia 
SBA (Santa Barbara Amorphous), estos materiales tienen paredes un 
poco más gruesas que los hacen térmicamente más estables que los 
materiales M41S y HMS; los miembros de ésta familia son el SBA-15 y 
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30 
 
SBA-16 que corresponden a una fase hexagonal bi-dimensional y una 
cúbica tri-dimensional, respectivamente [30-33]. En la figura 10 hay un 
esquema donde aparecen las principales familias de mallas moleculares 
mesoporosas. 
 
Figura 10. Principales mallas moleculares mesoporosas. 
Para sintetizar estos materiales se emplean surfactantes que sirven 
como agentes directores de la estructura. Existen varias teorías que 
tratan de explicar el mecanismo por el que se forman las mallas 
moleculares mesoporosas, la figura 11 [35] ilustra una de ellas. 
 
Figura 11. Mecanismo de formación de la SBA-15. 
Primero las moléculas de tensoactivo se agrupan formando micelas, las 
cuales se congregan en estructuras cilíndricas, y éstas a su vez se 
acomodan en un arreglo hexagonal, sobre el cual se deposita un 
compuesto inorgánico (generalmente es una fuente de sílice). Para 
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31 
 
eliminar al surfactante se somete a un proceso de calcinación en 
atmósfera de aire [34,35]. 
En este trabajo, el material mesoporoso SBA-15 se eligió para 
emplearse como soporte de los catalizadores debido a sus propiedades 
texturales que lo hacen muy atractivo; además se emplearon los 
ligantes EDTA y ácido cítrico para dispersar el níquel, que es la fase 
activa del catalizador. 
Uso de agentes ligantes en la preparación de catalizadores 
Un agente ligante es una molécula que cuenta con átomos que pueden 
donar pares de electrones, los cuales pueden adherirse a iones 
metálicos. Los ligantes se dividen de acuerdo a su número de 
coordinación y pueden ser: monodentados, bidentenados o 
polidentados. 
Los agentes ligantes más empleados para preparar catalizadores 
soportados a partir de una solución acuosa, son el ácido cítrico, el ácido 
nitrilotriacético (NTA) y el ácido etilendiaminotetraacético (EDTA) [36]. 
El EDTA es un compuesto que forma complejos 1:1 con la mayoría de 
los iones metálicos. Por esta capacidad es usado ampliamente en varios 
campos de la industria. 
El EDTA Puede liberar 4 protones 
pero también puede actuar como 
una base y aceptar a dos iones. 
En la figura 12 [38] se muestra 
la estructura de este complejo y 
en la figura 13 [38-39] aparecen 
los complejos que puede formar 
con el Ni2+ [37-39]. 
 
Figura 12. Estructura del H4EDTA. 
 
 
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32 
 
 
Figura 13. Complejo Ni(EDTA)2-. 
El ácido cítrico es el otro ligante que se utilizó en este trabajo; cuenta 
con 3 grupos carboxilo que pueden disociarse en solución acuosa,su 
estructura se muestra en la figura 14 [37]: 
 
Figura 14. Estructura de ácido cítrico. 
El complejo que se forma entre el ácido cítrico y el Ni2+ es el que se 
muestra en la figura 15 [40]: 
 
Figura 15. Complejo [Ni (C6H8O7)2]
4-. 
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33 
 
Técnicas de caracterización de materiales 
Las técnicas de caracterización tienen un papel importante en la 
búsqueda de nuevos materiales catalíticos, pues permiten un control de 
sus propiedades y características, además ayudan a relacionar las 
propiedades de los materiales con los resultados que se obtienen. 
Las técnicas permiten obtener información como propiedades térmicas, 
mecánicas, ópticas, eléctricas y magnéticas e incluso la estructura, y 
composición de los materiales. Algunas de las técnicas más empleadas 
para caracterizar materiales catalíticos son: 
 Fisisorción de Nitrógeno 
Una superficie se puede caracterizar mediante la adsorción de varios 
gases inertes, la adsorción puede ser fisisorción (no hay formación de 
enlaces químicos); o quimisorción (se forman enlaces entre la superficie 
y el adsorbato). La fisisorción a baja temperatura de un gas como el 
nitrógeno es útil para determinar el área superficial de un sólido; 
mientras que la quimisorción se emplea para determinar el número de 
posiciones reactivas que hay expuestas [41]. 
En el método de fisisorción existen dos formas que se utilizan para 
determinar el área superficial; el método volumétrico mide la cantidad 
de gas que se adsorbe en la superficie, como función de la presión del 
gas; y el método gravimétrico, el cual mide la presión y el aumento en 
la masa del adsorbato. En ambos casos, las condiciones de temperatura 
y presión a las que se trabaja están por debajo del punto de 
condensación del gas; por razones prácticas, la temperatura a la que se 
hacen las mediciones se selecciona desde antes. En la fisisorción de 
nitrógeno suele emplearse nitrógeno líquido como refrigerante para 
controlar la temperatura de la muestra y tener un valor conocido de 
presión de vapor sobre la muestra [42]. 
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34 
 
La técnica más empleada es la fisisorción de nitrógeno, que permite 
obtener una medida cuantitativa de la superficie de la muestra al hacer 
el tratamiento de BET (consultar anexo 3). 
De las isotermas de adsorción-desorción de N2 se puede obtener 
información sobre volumen de poros y su distribución de acuerdo al 
tamaño (microporos, mesoporos o macroporos) empleando el modelo de 
Barrett-Joyner-Halenda (BJH) que se basa en la ecuación de Kelvin para 
condensación capilar en mesoporos y el método t-pot(ver anexo 4) [43-
44]. 
 Microscopía electrónica de transmisión de alta resolución 
La microscopía electrónica de transmisión es una herramienta que 
permite conocer el arreglo de la estructura atómica de los materiales; 
como maneja imágenes a escalas nanométricas hace factible que las 
fases cristalinas se aprecien [45-47]. 
La invención del microscopio de luz compuesto y el avance de los 
fabricantes de lentes abrieron el mundo de la microscopía. Los primeros 
microscopios aumentaban el tamaño de los objetos de 20 a 30 veces su 
tamaño original. En el siglo XX ya se podían ver aumentos de 1000 
veces hasta que en 1930 Ernst Ruska y Max Knoll crearon el primer 
microscopio electrónico, que además de aumentar la resolución, hizo 
posible el avistamiento de moléculas e incluso átomos. El microscopio de 
luz tardó alrededor de 300 años en perfeccionarse, mientras que el 
microscopio electrónico tardó solo 40 años en ser mejorado. 
Los lentes de los microscopios electrónicos emplean radiación 
electromagnética de longitud de onda corta. Las ondas 
electromagnéticas son radiadas por una fuente y se propagan hasta que 
chocan con algún objeto; cuando esto ocurre, una serie de ondas son 
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35 
 
emitidas de la superficie del objeto dando lugar al fenómeno conocido 
como difracción. 
Los microscopios electrónicos están compuestos por diferentes 
sistemas: 
 Sistema de iluminación: consiste en un cañón de electrones y el lente 
del condensador que proporciona y controla la radiación. 
 Sistema de manipulación de la muestra: lo conforma la plataforma de 
la muestra, el porta-muestras y en algunos casos un hardware que 
permite orientar a la muestra. 
 Sistema de imagen: está compuesto por los objetivos, las lentes 
intermedias y la lente del proyector; se ocupa de enfocar y aumentar 
el tamaño de la muestra. 
 Sistema de vacío: impide que las moléculas de aire interfieran con el 
flujo de electrones [48]. 
Los microscopios electrónicos se dividen en dos tipos: TEM (por sus 
siglas en inglés “transmission electron microscope”) el cual proyecta 
electrones a través de una capa delgada de muestra produciendo una 
imagen bidimensional, el brillo de la imagen es proporcional al número 
de electrones que fueron transmitidos a través de la muestra; el otro 
tipo es SEM (“scanning electron microscope”), en este método los 
electrones escanean la superficie de la muestra, son reflejados y 
detectados por un sensor produciendo imágenes que parecen en tres 
dimensiones como se aprecia en la figura 16 [48]. 
Como su nombre lo indica HRTEM “high resolution transmission electron 
microscope” son microscopios que se basan en el mismo principio de 
TEM, la diferencia es que tienen mayor resolución (habilidad de 
distinguir y ver detalles de dos estructuras que se encuentran tan 
cercanas entre sí, que podrían parecer una sola estructura). HRTEM 
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36 
 
tiene un poder resolutivo de 0.1 nm, lo que permite ver la estructura 
atómica de cristales [49]. 
 
Figura 16. Diferencia ente microscopía tipo SEM y TEM. 
 Difracción de rayos X (DRX) de polvos y de ángulos bajos 
La difracción de los rayos X puede revelar de forma indirecta detalles de 
la estructura interna de cristales y otros materiales. 
Los rayos X fueron descubiertos en 1895 por el físico alemán Wilhem 
Röntgen, quien observó que una pantalla cubierta con bario, platino y 
cianuro presentaba fluorescencia al estar cerca de un tubo de descarga, 
y asoció tal efecto a la radiación, y lo nombró rayos X. 
A diferencia de la luz, estos rayos son invisibles, su longitud de onda es 
mucho más corta (0.5 Å-2.5 Å), viajan en línea recta y pueden penetrar 
más fácilmente a través de los objetos [50]. 
Los rayos X se producen cuando una partícula cargada eléctricamente y 
con energía cinética desacelera de forma rápida al chocar contra un 
blanco. La mayor parte de la energía cinética se convierte en calor y 
menos del 1 % en rayos X; no todos los electrones pierden su energía 
de la misma forma, algunos se detienen en un solo choque contra el 
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37 
 
blanco (producen fotones de máxima energía y corresponden a la 
mínima longitud de onda); mientras que hay electrones que tienen que 
chocar más de una vez para perder toda su energía (estas longitudes de 
onda van en aumento, están por arriba de la mínima longitud de onda y 
forman el espectro continuo). Las curvas crecen cuando aumenta el 
voltaje aplicado, ya que la velocidad de formación y energía de los 
fotones aumenta. El total de la energía emitida es proporcional al área 
debajo de la curva y depende del número atómico del blanco, como se 
puede apreciar en la figura 17 [50], donde aparece el espectro de 
molibdeno con diferentes voltajes aplicados. 
 
Figura 17. Espectro de rayos X de molibdeno como función del voltaje aplicado. 
Cuando el voltaje que se emplea llega a un valor crítico, característico 
del metal empleado como blanco, en el espectro continuo aparecen 
máximos de intensidad a determinada longitud de onda conocidos como 
líneas características y fueron descubiertas por W. H. Bragg y 
sistematizadas por H. G. Moseley.Facultad de Química, UNAM Antecedentes 
38 
 
Las líneas características están compuestas por diferentes conjuntos 
nombrados en orden creciente de longitud de onda con las letras K, L, 
M, etc. Comúnmente para la difracción de rayos X sólo se emplean el 
conjunto de líneas K; las líneas con longitud de onda larga son fáciles de 
absorber. El conjunto de líneas K tiene a su vez varias líneas asociadas, 
pero en una difracción normal sólo se observan las 3 más fuertes 
denominadas Kα1, Kα2 y Kβ. Como las líneas Kα1 y Kα2 tienen longitud de 
onda cercana, en ocasiones pueden aparecer como una sola línea. 
En 1912 Lau, Friedrich y Knipping descubrieron el fenómeno de la 
difracción de los cristales y simultáneamente la naturaleza de los rayos 
X fue explicada. Un cristal se define como un sólido compuesto por 
átomos, iones o moléculas ordenadas mediante un patrón que se repite 
periódicamente en tres dimensiones [51]. El ordenamiento atómico se 
puede apreciar en un modelo reticular, colocando a los átomos en los 
puntos de intersección de la red; la celda unitaria es el elemento que se 
repite indefinidamente en la red y es útil para especificar las diferentes 
direcciones e incluso las distancias interatómicas [49,50]. 
J. Bravais fue un cristalógrafo francés que demostró que con catorce 
celdas unitarias se pueden describir todas las redes cristalinas. De 
acuerdo a la posición de los átomos las celdas unitarias pueden ser 
sencillas, centradas en el cuerpo, centradas en las caras o centradas en 
la base. En la figura 18 se muestran las celdas unitarias:
a) cúbica simple 
b) cúbica centrada en el cuerpo 
c) cúbica centrada en las caras 
d) tetragonal simple 
e) tetragonal centrada en el 
centro 
f) romboédrica 
g) ortorrómbica simple 
 
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39 
 
 
h) ortorrómbica centrada en las 
bases 
i) ortorrómbica centrada en el 
cuerpo 
j) ortorrómbica centrada en las 
caras 
k) monoclínica simple 
l) monoclínica centrada en las 
bases 
m) triclínica 
n)hexagonal
 
Figura 18. Celdas unitarias de Bravais. 
Para describir direcciones y distancias es útil imaginar un plano o serie 
de planos que intersecan a la celda unitaria de diferentes formas; para 
lo cual se utilizan los índices de Miller. Los índices de Miller de un plano 
cristalino se definen como el recíproco de las fracciones de intersección 
que el plano presenta con los ejes cristalográficos x, y y z de las aristas 
no paralelas a la celda unitaria, la notación de los índices de Miller es h, 
k y l que representan a los ejes x, y y z, respectivamente, y se anotan 
entre paréntesis, los índices de Miller se esquematizan en la figura 19. 
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40 
 
Los pasos para determinar los índices de Miller se describen a 
continuación: 
 Elegir un plano que no pase por el origen. 
 Determinar las intersecciones del plano en la función de eje 
cristalográfico. 
 Obtener el reciproco de las intersecciones. 
 Simplificar las fracciones y determinar el conjunto de números 
enteros que estén en la misma proporción que las intersecciones, los 
cuales son los índices del plano cristalográfico. 
Si un haz de rayos X incide en un cristal, los planos cristalinos actúan 
como un espejo y reflejan el haz incidente, las ondas que son 
dispersadas se expanden en el espacio hasta que interfieren unas con 
otras. La interacción puede provocar una interferencia positiva o 
negativa. Cuando los objetos dispersan la radiación coherentemente 
provocan una interferencia positiva a determinados ángulos que se 
conoce como difracción. 
 
Figura 19. Índices de Miller. 
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41 
 
La primera descripción de la difracción de rayos X fue dada en 1912 por 
Max von Laue quien describió el efecto con una ecuación como el 
producto punto de tres vectores. En 1913 William Henry Bragg y su hijo 
desarrollaron un modelo más simple para entender y predecir el 
fenómeno de difracción de un cristal. 
La ley de Bragg emplea los índices de Miller, y da la relación entre las 
posiciones angulares de los haces difractados en función de la longitud 
de onda de los rayos X y del espaciamiento interplanar de los planos 
cristalinos, considera que el ángulo de incidencia es igual al ángulo de 
reflexión: 
 
Dónde: n es el orden de difracción y puede tener valores de 1, 2, 3, … λ 
es la longitud de onda, θ es el ángulo de incidencia y el término dhkl 
corresponde al espacio interplanar o distancia entre los planos con 
índices de Miller (hkl) (consultar demostración de la Ley de Bragg en el 
anexo 5) [49,50]. 
La técnica de difracción de rayos X de polvos es usada principalmente 
para identificar compuestos gracias a sus patrones de difracción, con los 
que es posible determinar el tamaño de las fases cristalinas presentes 
empleando la ecuación de Scherrer, la cual relaciona la ampliación de un 
haz de rayos X con el tamaño de un cristal (ver anexo 6) [52]. 
 Análisis termogravimétrico 
El análisis termogravimétrico mide la pérdida porcentual en la masa de 
un material sometido a un calentamiento. Esta pérdida se debe a las 
eventuales descomposiciones que experimenta el material como 
consecuencia del desprendimiento de compuestos gaseosos. 
Facultad de Química, UNAM Antecedentes 
42 
 
El calentamiento se programa a velocidad constante y se produce dentro 
de un pequeño horno, donde se coloca un portamuestras, conectado a 
una termobalanza que mide y registra gráficamente las variaciones de 
peso a diversas temperaturas [53]. 
Las gráficas obtenidas se denominan termogramas, curva 
termogravimétrica o curva de descomposición térmica, y muestran la 
variación de la masa (generalmente el porcentaje de pérdida de masa) 
en función de la temperatura o el tiempo. Para una muestra dada, esta 
variación suministra información sobre estabilidad térmica [54]. 
 Reducción a temperatura programada 
La técnica es abreviada comúnmente como TPR por sus siglas en inglés 
(Temperature Programmed Reduction), forma parte del grupo de 
técnicas analíticas que proporcionan información de las propiedades 
físicas y químicas de los sólidos. 
TPR consiste en la reducción de un sólido por un gas, mientras que la 
temperatura del sistema cambia de una forma predeterminada. La 
mayoría de los equipos emplean flujo de hidrógeno como gas de 
reducción, cuya concentración es monitoreada. El análisis muestra el 
consumo de hidrógeno como función de la temperatura del reactor. 
Un perfil de reducción consiste en una serie de picos, donde cada pico 
corresponde a un proceso diferente de reducción, que involucra a un 
componente químico específico del sólido. Con este análisis es posible 
conocer el número de especies reducibles en el sólido, así como la 
temperatura a la cual se efectúan las reducciones. La ubicación de los 
picos en el perfil depende de la naturaleza química de los compuestos, y 
el área del pico se relaciona con la concentración de ese compuesto en 
la muestra. 
Facultad de Química, UNAM Antecedentes 
43 
 
La reacción entre el óxido metálico y el hidrógeno se representa de la 
siguiente forma: 
 
Para los catalizadores analizados en este trabajo, la reacción de 
reducción es la siguiente. 
 
El procedimiento consiste en colocar una cantidad de sólido a una 
temperatura baja (temperatura ambiente), posteriormente la 
temperatura se aumenta de forma lineal y se monitorea el progreso de 
la reacción midiendo los cambios en la masa de la muestra. 
El consumo de hidrógeno se obtiene midiendo la diferencia en la 
conductividad térmica del gas, antes y después de la reducción; para 
ello se usa una mezcla de hidrógeno en nitrógeno o argón (debido a sus 
características inertes el argón es más empleado) [55]. 
 Espectroscopía de reflectancia difusa en el rango UV-vis 
Es conocida por sus siglas en inglés como DRS “diffuse reflectancespectroscopy”. La interacción de la luz visible (vis), infrarroja cercana 
(NIR) y la región de ultravioleta (UV) con los sólidos, es una 
herramienta muy empleada en catálisis para caracterización, pues 
provee información de los estados de oxidación y la coordinación 
(formación de complejos) de los metales de transición en las superficies. 
La espectroscopía mide cambios en la energía de las moléculas que se 
manifiesta como vibraciones. Al irradiar una muestra pueden ocurrir 
transiciones electrónicas, es decir; un electrón puede ser promovido a 
otro orbital de mayor energía, tal como ocurre con los metales de 
transición que tienen el orbital d parcialmente lleno. Los espectros se 
Facultad de Química, UNAM Antecedentes 
44 
 
obtienen por las interacciones donde hay trasferencias de electrones, 
éstas pueden ocurrir desde: 
a) El orbital de un metal al orbital de un ligante 
b) El orbital de un ligante al orbital del metal 
La más común es la transición del tipo b) y su espectro se puede ver en 
el rango UV-vis cercano. La técnica de reflectancia difusa involucra 
indirectamente a la absorción del sólido en polvo, como función de la 
longitud de onda de los rayos que el sólido refleja. La reflectancia se 
puede medir de dos formas; el método más común emplea una esfera 
integradora que se acopla al espectrómetro permitiendo medir tanto los 
haces transmitidos como los reflejados por la muestra; el otro método 
es llamado de geometría bicónica, que utiliza un espejo que centra un 
rayo de luz en un punto de la muestra, y el haz que es reflejado por la 
muestra es captado por otro espejo de forma parabólica que dirige el 
haz hasta un detector [56]. 
La reflexión de la luz puede ser especular si ocurre cuando hay un medio 
liso no absorbente, y el haz de luz es reflejado por la muestra con el 
mismo ángulo con el que incidió. La reflexión es difusa si se efectúa en 
un medio no absorbente y los fotones que inciden son dispersados en 
todas direcciones como se muestra en la figura 20 [57,58]. 
 
Figura 20. Reflexión especular y difusa. 
 
Facultad de Química, UNAM Desarrollo experimental 
45 
 
V. Desarrollo experimental 
Este capítulo describe el trabajo experimental realizado al 
sintetizar el soporte y los diferentes catalizadores, así como la 
descripción de las técnicas que se emplearon para caracterizar los 
materiales. 
 Síntesis del soporte SBA-15 
Para sintetizar el soporte se siguió la metodología propuesta por Zhao et 
al. [30], en la cual usa un copolímero anfifílico de tres bloques y 
ortosilicato de tetraetilo (TEOS) como precursor de sílice. Las cantidades 
usadas se muestran en la Tabla 2. 
Tabla 2. Cantidades necesarias para preparar 1 g de soporte SBA-15. 
Cantidades empleadas para preparar 1 g de soporte SBA-15 
Sustancia Función Cantidad 
Pluronic P123 (polioles Aldrich) 
Copolímero 
anfifílico 
1.92 g 
Agua destilada Disolvente 45 g 
Ácido Clorhídrico 4 M (Baker) Disolvente 30 g 
TEOS (Aldrich, 98 %) 
Precursor de 
sílice 
4 g 
 
El procedimiento realizado para preparar el soporte se resumió en el 
esquema de síntesis de la figura 21: 
 
Facultad de Química, UNAM Desarrollo experimental 
46 
 
 
Figura 21. Metodología de síntesis del soporte SBA-15. 
Los catalizadores se prepararon con cargas de 5 %, 10 % y 20 % en 
peso de níquel, por el método de impregnación por humedad incipiente. 
Este método consiste en impregnar el soporte con una solución acuosa 
que contiene el precursor de níquel. El material empleado como 
precursor de níquel fue nitrato de níquel Ni(NO3)2 6H2O. 
Para obtener el valor de volumen de poro de SBA-15, a determinada 
cantidad de soporte se le agregó agua, gota a gota hasta que el soporte 
ya no pudo retener más líquido. El valor obtenido correspondiente al 
volumen de poro de SBA-15 fue 2.4 mL/g. 
Una cantidad determinada de soporte se impregnó con la cantidad de 
solución de impregnación necesaria para llenar el volumen de sus poros. 
Se prepararon catalizadores adicionales con la misma carga de níquel 
con ácido cítrico y ácido etilendiaminotetraacetico (EDTA) como ligantes. 
En la tabla 3 se muestran la nomenclatura de los catalizadores 
sintetizados. 
 
Disolver tensoactivo 
en solución de HCl y 
agua a temperatura 
ambiente 
Colocar mezcla 
homogénea en un 
reactor autoclave a 35 
°C con agitación 
Añadir TEOS y 
mantener agitación 
por 24 horas 
Detener agitación y 
mantener una 
temperatura de 80 °C 
durante 24 horas 
Lavar producto con 
agua destilada, filtrar 
al vacío y secar 
Calcinar el sólido 
obtenido para 
eliminar el surfactante 
a 110 °C por 12 horas 
y 500 °C durante 6 
horas 
Facultad de Química, UNAM Desarrollo experimental 
47 
 
Tabla 3. Nomenclatura para los catalizadores sintetizados. 
Catalizadores soportados en SBA-
15 
% en peso nominal de Ni 
5 Ni / SBA-15 
5 5 Ni EDTA / SBA-15 
5 Ni Cit / SBA-15 
10 Ni / SBA-15 
10 10 Ni EDTA / SBA-15 
10 Ni Cit / SBA-15 
20 Ni / SBA-15 
20 20 Ni EDTA / SBA-15 
20 Ni Cit / SBA-15 
 
El procedimiento para la impregnación del soporte aparece en el 
esquema de la figura 22. 
 
Figura 22. Metodología para impregnar el soporte. 
Por último los catalizadores se secan a 100 °C durante 12 horas y se 
calcinan a 500 °C por 4 horas. 
 
 
Disolver Ni(NO3)2 
6H2O en agua y el 
EDTA o ácido cítrico 
en NH4OH 
Mezclar las 2 
disoluciones y añadir 
agua hasta alcanzar el 
volumen de solución de 
impregnación requerido. 
Agregar gota o gota al 
soporte 
Facultad de Química, UNAM Desarrollo experimental 
48 
 
 Caracterización de materiales 
 
 Fisisorción de Nitrógeno 
Como se mencionó anteriormente, la técnica de fisisorción de nitrógeno 
permite conocer las propiedades texturales de los materiales, como son 
el área superficial, el volumen y diámetro promedio de poro de 
adsorción y desorción. 
Se usó el equipo ASAP 2020 de Micrometrics que se muestra en la figura 
23. 
 
Figura 23. Equipo ASAP 2020 
 a. puertos de desgasificación, b. mantillas de calentamiento. c. trampa. d. dewar con N2 
líquido para sumergir la trampa. e. puerto para realizar análisis de muestra. f. porta muestras. 
g. dewar con N2 líquido para sumergir la muestra y h. elevador del dewar. 
Las muestras se analizaron en su estado oxidado. Previo a su análisis 
con N2, fueron desgasificadas durante 6 horas a una temperatura de 270 
°C y una presión de vacío de alrededor de 5 µm de Hg, con el propósito 
de eliminar gases y agua que pudieran estar adsorbidos en el sólido. 
Facultad de Química, UNAM Desarrollo experimental 
49 
 
Para el análisis de fisisorción, la muestra se sumergió en N2 líquido a 
una temperatura de -196 °C y se hizo pasar una corriente gaseosa de 
N2. La presión relativa se modificó en el rango 0.01≤P/Po≤1, donde P 
corresponde a la presión del sistema y Po es la presión de saturación del 
nitrógeno. 
 
 TGA 
El análisis termogavimétrico se efectuó con una termobalanza Mettler-
Toledo modelo TGA/SDTA 821e, con una rapidez de calentamiento de 10 
°C/min, desde temperatura ambiente hasta 1000 °C en una atmósfera 
de aire. 
 TPR 
El equipo empleado fue AutoChemII 2920 Micromeritics que tiene 
integrado un detector de conductividad térmica, y se muestra en la 
figura 24. El equipo proporciona un termograma, en el cuál aparecen 
una serie de picos que corresponden al proceso de reducción de alguna 
especie química presente, así como la temperatura a la que ocurre. 
Antes de iniciar el análisis, la muestra se sometió a un tratamiento 
térmico para eliminar el agua presente, después la muestra a analizar se 
introdujo en un reactor de cuarzo y se hizo pasar un flujo de H2 en Ar, 
con una rapidez de calentamiento de 10 °C/min desde temperatura 
ambiente hasta 1000 °C. Se preparó una mezcla frigorífica con 
isopropanol y nitrógeno líquido que se usó como trampa fría en el 
análisis. 
Facultad de Química, UNAMDesarrollo experimental 
50 
 
 
Figura 24. Equipo AutoChem II 2920. 
a. dewar con mezcla frigorífica, b. soporte del dewar. c. horno. d. mantilla. 
 Difracción de Rayos X de polvos 
Con esta técnica se obtuvieron los difractogramas que permitieron 
caracterizar la fase cristalina del óxido de níquel presente en los 
catalizadores. El equipo empleado fue un difractometro SIEMENS D 
5000. El equipo cuenta con un tubo de cobre; el barrido se hizo en la 
escala de 2θ en un intervalo de 3 ° a 70 °, con una velocidad de 1 ° 
(2θ)/min, a 35 kV, 30 mA y con una longitud de onda (λ) de 1.5406 Ǻ. 
Las fases cristalinas son detectables por este método si el tamaño del 
cristal es mayor a 50 Ǻ. 
 Difracción de rayos X de ángulos bajos 
Los planos característicos de los ángulos bajos permiten identificar 
mesofases (arreglos ordenados de los mesoporos en los materiales 
mesoestructurados). El equipo empleado fue un difractometro BRUKER 
D8 ADVANCE a 40 kV y 30 mA en un rango de 0.5 ° a 10 ° en una 
escala de 2θ. 
 
 
Facultad de Química, UNAM Desarrollo experimental 
51 
 
 Microscopía electrónica de transmisión de alta resolución HRTEM 
(High Resolution Transmition Electron Microscopy) 
Esta prueba se hizo con la intención de poder visualizar cristales de Ni y 
NiO. El equipo empleado fue un microscopio electrónico HRTEM 2010 
JEOL con resolución de punto a punto de 1.9 Ǻ, y un voltaje de 200 kV, 
que emplea una celda de cobre con una malla de grafito. 
 Espectroscopía de reflectancia difusa en el rango UV-vis 
Los espectros se obtuvieron empleando un espectrófotometro Varian 
Cary (5E) UV-vis, que emplea politetrafluoroetileno como referencia y 
está equipado con un aditamento Harrick Praying Mantis. 
 Activación catalítica 
Antes de iniciar la reacción, el catalizador pasa por una etapa de 
activación que consiste en pasar al NiO a Ni que corresponde a la fase 
activa del catalizador. Para obtener esta fase se empleó un sistema 
continuo, conformado por un reactor de vidrio en forma de U, con 0.10 
g de catalizador secado a 100 °C, se le hizo pasar un flujo de gas inerte 
(N2) de 20 mL/min durante 20 minutos, hasta que el equipo alcanzó una 
temperatura de 150 °C, después se cambió el flujo de N2 por uno de 15 
mL/min de Ar/H2 durante 4 horas a una temperatura de 400 °C. 
 Evaluación Catalítica 
Una vez que el catalizador fue activado se depositó junto con 40 mL de 
solución modelo (1 % en peso de naftaleno en hexadecano), en un 
reactor marca Parr de 300 mL de capacidad. Las condiciones de reacción 
fueron: 300 °C, 1000 psi de H2 de presión y agitación constante. La 
reacción se dejó seis horas y se tomó una muestra cada hora. 
Las muestras se analizaron en un cromatógrafo de gases marca Agilent 
serie 6890 con inyección automática y columna capilar HP-1 de 50 m de 
longitud. 
Las condiciones de operación del cromatógrafo fueron las siguientes: 
Facultad de Química, UNAM Desarrollo experimental 
52 
 
 
Temperatura del inyector: 180 °C 
Temperatura del detector: 225 °C 
Flujo de aire: 400 mL/min 
Flujo de N2: 14 mL/min 
Flujo de H2: 40 mL/min 
Flujo de He: 1 mL/min 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Facultad de Química, UNAM Resultados y análisis de resultados 
53 
 
VI. Resultados y Análisis de 
Resultados 
En este apartado se encuentran los principales resultados obtenidos al 
realizar las técnicas descritas en el desarrollo experimental. 
Fisisorción de nitrógeno 
Las isotermas de adsorción- desorción obtenidas se muestran en la 
figura 25: 
 
Figura 25. Isotermas de ads-des de N2 en el soporte puro y catalizadores con carga de 5 % de 
Ni en peso. 
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
V
o
lu
m
e
n
 a
d
s
o
rb
id
o
 (
c
m
3
/g
) 
Presión relativa (P/P°) 
SBA-15
5 Ni/SBA-15
5 Ni Cit/SBA-15
5 Ni EDTA/SBA-15
Facultad de Química, UNAM Resultados y análisis de resultados 
54 
 
 
Figura 26. Isotermas de ads-des de N2 en el soporte puro y catalizadores con carga de 10 % en 
peso de Ni. 
 
Figura 27. Isotermas de ads-des de N2 en el soporte puro y catalizadores con carga de 20 % en 
peso de Ni. 
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
V
o
lu
m
e
n
 a
d
s
o
rb
id
o
 (
c
m
3
/g
) 
Presión relativa (P/P°) 
SBA-15
10 Ni/SBA-15
10 Ni Cit/SBA-15
10 Ni EDTA/SBA-15
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
V
o
lu
m
e
n
 a
d
s
o
rb
id
o
 (
c
m
3
/g
) 
Presión relativa (P/P°) 
SBA-15
20 Ni/SBA-15
20 Ni Cit/SBA-15
20 Ni EDTA/SBA-15
Facultad de Química, UNAM Resultados y análisis de resultados 
55 
 
En las figuras 25, 26 y 27 se pueden ver las isotermas de adsorción y 
desorción de N2 en el soporte puro de los catalizadores de Ni con y sin 
ligantes. Comparando con la figura 8, se observa que las isotermas son 
de tipo IV (de acuerdo a la IUPAC); por lo tanto, los catalizadores son 
materiales mesoporosos. El tipo de histéresis que presentan es del tipo 
H1, por lo que se concluye que los poros de los materiales son 
uniformes y cilíndricos (consultar figura 9) [20]. 
Dado que la forma de las curvas de adsorción y desorción del soporte se 
mantienen para los materiales impregnados, se puede decir que el 
soporte conserva su estructura porosa característica. Las curvas de 
desorción se deforman ligeramente debido a que las partículas de NiO se 
depositan en la entrada e interior de los poros, impidiendo que la 
desorción se realice de la misma forma que en el soporte inicial. Estas 
diferencias son más notorias para los materiales con carga del 20 % de 
Ni; aunque también para éstos la estructura del soporte se mantiene. 
Otro hecho que se puede apreciar es la disminución del volumen de 
nitrógeno adsorbido al impregnar el soporte con Ni y adicionar los 
ligantes. Esta disminución es más evidente en la gráfica 27, donde la 
carga de Ni es de 20 % en peso, lo cual puede atribuirse nuevamente al 
volumen que ocupan las partículas de NiO, que evitan que se pueda 
adsorber la misma cantidad de nitrógeno que adsorbía el soporte antes 
de impregnarlo. 
La distribución de tamaño de poro para el fenómeno de adsorción y 
desorción es otra información importante que se obtuvo por esta 
técnica. Debido al amplio rango de valores para el diámetro de poro, se 
empleó escala logarítmica; las gráficas correspondientes se muestran en 
las figuras 28-30. 
Facultad de Química, UNAM Resultados y análisis de resultados 
56 
 
 
Figura 28. Distribución de tamaño de poro del soporte SBA-15 y catalizadores con carga de 5 % 
en peso de Ni (adsorción). 
 
Figura 29. Distribución de tamaño de poro del soporte SBA-15 y catalizadores con carga de 10 
% en peso de Ni (adsorción). 
0
1
2
3
4
5
6
10 100 1000
d
V
/d
L
o
g
 (
D
) 
(c
m
3
/g
) 
 
Diámetro de poro (Å) 
 
SBA 15
5 Ni/SBA-15
5 Ni Cit/SBA-15
5 Ni EDTA/SBA-15
0
1
2
3
4
5
6
10 100 1000
d
V
/d
L
o
g
 (
D
) 
(c
m
3
/g
) 
 
Diámetro de poro (Å) 
 SBA 15
10 Ni/SBA-15
10 Ni Cit/SBA-15
10 Ni EDTA/SBA-15
Facultad de Química, UNAM Resultados y análisis de resultados 
57 
 
 
Figura 30. Distribución de tamaño de poro del soporte SBA-15 y catalizadores con carga de 20 
% en peso de Ni (adsorción). 
Las distribuciones de tamaño de poro obtenidas usando las isotermas de 
adsorción para el soporte puro y catalizadores, muestran que las curvas 
de todos los materiales son monomodales y sus diámetros se sitúan 
aproximadamente en 80 Å. 
El soporte mesoporoso SBA-15 tiene una distribución más estrecha 
comparada con los demás materiales que contienen níquel y 
preparados con diferentes ligantes. El volumen de poro de los 
catalizadores disminuye al aumentar la carga de níquel con respecto al 
volumen del soporte puro. Estos resultados concuerdan con lo 
observado en las isotermas de adsorción y desorción de nitrógeno.