Catalizadores heterogéneos

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INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR
de Ciudad Hidalgo
TIPOS DE CATALIZADORES
MATERIA: SÍNTESIS Y CARACTERIZACIÓN DE NANOCATALIZADORES
INAN. ANA KAREN ALCANTARA TELLEZ
PRESENTA:
SOFÍA NAVA CORONEL
CARRERA:
INGENIERÍA EN NANOTECNOLOGÍA
GRUPO: NANO8
CIUDAD HIDALGO, MICHOACÁN A 2 DE ABRIL DEL 2017
Tabla de contenido
TIPOS DE CATALIZADORES HETEROGÉNEOS	3
CATALIZADORES DE ESPONJA METÁLICA	4
MÉTODOS DE PRODUCCIÓN	6
CATALIZADORES DE ÓXIDOS MIXTOS	8
CATALIZADORES DE ÓXIDOS SENCILLOS	10
Referencias	12
TIPOS DE CATALIZADORES HETEROGÉNEOS
Los múltiples catalizadores conocidos en la actualidad pueden ser clasificados según varios criterios: estructura, composición, área de aplicación o estado de agregación. La más habitual es la referente a los estados de agregación en que actúan los catalizadores. Hay dos grandes grupos: catalizadores heterogéneos y homogéneos.
En la catálisis homogénea los reactivos y el catalizador forman una sola fase, los intermediarios pueden ser conocidos más fácilmente, las velocidades de transformación son generalmente elevadas y los venenos son inofensivos, además existe un contacto íntimo entre el catalizador y las sustancias reaccionantes.
La catálisis heterogénea describe el incremento en la velocidad de una reacción química originada por la presencia de una interfase entre dos fases. El proceso catalítico ocurre en una superficie sólida que está en contacto con la disolución gaseosa o líquida.
Los catalizadores heterogéneos se clasifican en dos grupos: ácidos y básicos.
Es importante señalar que los catalizadores heterogéneos pueden ser diseñados para dar una mayor actividad y selectividad en diversas reacciones.
Los catalizadores heterogéneos tienden a separarse fácilmente del producto y en algunas ocasiones pueden reutilizarse. A continuación, se presenta algunos factores por los cuales se prefiere utilizar catalizadores heterogéneos.
• Después de la reacción el catalizador puede ser recuperado.
• Es posible utilizar en operación continua la metodología del proceso.
• Bajo costo del catalizador.
• Es posible reutilizar el catalizador
Generalmente los catalizadores heterogéneos están compuestos por óxidos de metales alcalinotérreos, los cuales son solubles en solventes orgánicos, También pueden ser algunos metóxidos, los cuales producen una mínima cantidad de jabones. Otro tipo de catalizadores heterogéneos pueden ser: resinas de intercambio iónico y compuestos metálicos soportados sobre alúmina o sílice.
CATALIZADORES DE ESPONJA METÁLICA
Los metales porosos son el resultado de la combinación de gases y metal, donde los gases en forma de burbujas ocupan entre un 50 % y un 90 % de la estructura total, por lo que se consiguen densidades muy bajas (entre 0,03-0,2 gr/cm3), con propiedades que son, por un lado, características del metal del que están formados y, por otro, derivadas de su peculiar estructura; el resultado es un material que brinda diversos rangos de propiedades térmicas, mecánicas y acústicas que son especialmente interesantes en aplicaciones de estructuras ultraligeras, así como sistemas de alta resistencia al impacto, elementos de disipación de calor y aislamiento acústico.
Las espumas metálicas son un caso particular de los materiales porosos o materiales celulares: cuerpos sólidos con gases dispersos en su interior. El término
espuma está, generalmente, referido a la dispersión de burbujas de gas en un líquido. Si la morfología de una espuma puede mantenerse después de la solidificación del líquido obtenemos una espuma sólida. El proceso de formación de espumas metálicas requiere la espumación del material desde el estado líquido o temperaturas muy próximas, para que se puedan alcanzar condiciones de fluidez que permitan la espumación. Los poros son, generalmente, redondos y aislados unos de otros. Cuando los poros forman vacíos interconectados se le denomina también esponja metálica.
En 1958 se obtuvieron las primeras espumas metálicas con poro abierto. Estas espumas se obtuvieron vertiendo sobre aluminio fundido partículas de sal, que una vez disueltas, daban lugar a una estructura de espuma con poros abiertos más fiable que el método de Sosnick, pero se apreció más como curiosidad científica que como material tecnológico.
En 1959, United Aircraft Corporation desarrollo la patente de un método para hacer espumas, en el cual polvo metálico era mezclado con un producto formador de gas por descomposición a alta temperatura. Esta mezcla de polvos era compactada, extruida y enfriada, para obtener un metal sólido que contenía un agente en polvo espumante.
Cuando este sólido se calentaba a la temperatura de fusión del metal, el agente espumante se descomponía para soltar gas en el metal fundido, creando una espuma metálica. No obstante, enfriar la espuma era un problema, utilizándose agua fría o caliente, volviéndose un desafío la producción de espumas fiables.
Las espumas metálicas tienen muchas combinaciones interesantes de propiedades físicas y mecánicas (elevada rigidez junto con un bajo peso específico o gran permeabilidad a los gases combinada con elevada resistencia mecánica), que pueden ser utilizadas en diversas aplicaciones estructurales con un abanico de propiedades que en la actualidad no están cubiertas por otros materiales. Por esta razón, en los últimos quince años, la investigación sobre estos materiales se ha extendido a todos los niveles.
A pesar de que el interés en el uso de este tipo de materiales sé ha ido incrementando, existe confusión en lo que se refiere al término espuma metálica, por lo que Banhart propuso varias definiciones (figura 1.1).
(a) Espuma metálica (sólida): Las espumas son casos especiales de metales celulares. Una espuma sólida se origina de una espuma líquida en la cual las burbujas de gas están finamente dispersadas en el líquido. Las células son cerradas, redondas o polihedrales y están separadas una de otra por una capa delgada.
(b) Metal celular: Es un metal en el cual los espacios están divididos por células bien
determinadas. Los límites de estas células son de metal sólido, y en el interior son
espacios vacíos. En un sistema ideal, las células individuales están separadas una de la otra por metal pero en la realidad esto no sucede.
(c, e) Esponja metálica: En una esponja, los espacios son llenados con metal formando una red continua y coexistiendo con una red de espacios vacíos los cuales
también están interconectados (célula abierta), o esferas huecas sinterizadas sino se restringe la condición de que la célula tiene que ser cerrada caso (c).
(d) Metal Poroso: Es un tipo especial de metal celular en que los poros están normalmente aislados uno de otros, producto de gases atrapados y se caracterizan
por tener una superficie lisa.
MÉTODOS DE PRODUCCIÓN
Los métodos para producir espumas se pueden dividir en tres grupos principales:
1.- La primera clase la formación de las espumas depende del proceso en el estado líquido, por medio de fusión.
2. En la segunda clase las espumas son formadas en el estado sólido, por medio de metalurgia de polvos M. P. (figura 1.4).
3.- En la tercera clase las espumas son formadas dentro de una fase de vapor, por
depositación del metal.
En cada uno de estos métodos puede haber variación en el tamaño de célula,
morfología de célula (abierta o cerrada) y diferencias notorias en el precio.
CATALIZADORES DE ÓXIDOS MIXTOS
 
Un área que está recibiendo atención en la preparación y evaluación de catalizadores es la preparación de óxidos metálicos mixtos con características mesoporosos. Óxidos metálicos mixtos mesoporosos pueden potencialmente ofrecer una modulación de la acidez superficial, actividad catalítica y estabilidad térmica, que conducen a una mayor aplicación en diferentes campos en comparación con los óxidos puros.
CATALIZADORES DE ÓXIDOS SENCILLOS
Los catalizadores REDOX son aquellos que en las condiciones de reacción, se someten a reducción y reoxidación simultáneamente.
Los óxidos metálicos representan una de las clases de catalizadores sólidos más
importantes,ya sea como fase activa o soportados. Los óxidos metálicos son ampliamente usados por sus propiedades ácido-base y REDOX y constituir una gran familia de catalizadores en catálisis heterogénea. Las tres características claves de estos óxidos, que son esenciales para su aplicación en catálisis son: (i) coordinación de átomos superficiales, (ii) propiedades REDOX del óxido y (iii) estado de oxidación de la superficie
El ejemplo más típico del uso de materiales basados en óxidos como catalizadores heterogéneos lo constituye la oxidación parcial. La característica fundamental de las reacciones de oxidación parcial es la ruptura de los enlaces C-H y la formación de nuevos enlaces C-O, siendo necesario el oxígeno como agente oxidante, por un lado, para su incorporación en la molécula de hidrocarburo, y, por otro lado, para la formación de agua durante las distintas etapas de deshidrogenación. La selectividad de este tipo de procesos viene determinada, en gran medida, por la habilidad del catalizador para formar enlaces C-O sin la ruptura de enlaces C-C, ya que este último hecho conduciría a la formación de cantidades importantes (y no deseables) de óxidos de carbono. La oxidación parcial selectiva se considera una de las áreas más destacada en la aplicación de tecnologías catalíticas, combinando desafíos científicos con beneficios económicos.
Los procesos REDOX necesariamente deben tener reversibilidad microscópica. Por lo tanto, es ampliamente reconocido que un catalizador oxídico, en el curso de la reacción y durante la activación, es un sistema dinámico en el que se forman o desaparecen varios
centros, involucrando un fenómeno de difusión dentro del catalizador y sobre su superficie. En la mayoría de las reacciones REDOX que ocurren en la superficie de
catalizadores oxídicos, la fuente de oxígeno es el de la red del metal oxídico, aunque el oxígeno también puede ser suministrado por la fase gaseosa. El rol principal del oxígeno superficial en estas reacciones es el de un nucleofílico, atacando centros deficientes de electrones en el adsorbato.
Se puede decir que el proceso de oxidación selectiva de una molécula de hidrocarburo comienza con la abstracción de un protón, acompañado por la transferencia de dos electrones, los cuales reducen los cationes de los metales de transición de los catalizadores (10). Este paso es seguido por la adición nucleofílica de un ion oxídico desde la superficie del catalizador a la molécula de hidrocarburo oxidada con la formación de una vacancia de oxígeno en la red cristalina del catalizador, luego la vacancia se llena por un oxígeno de la fase gaseosa con reoxidación simultanea del catión. De esta manera, y como se vio recientemente, el proceso está compuesto por dos pasos separados: oxidación del hidrocarburo por el catión metálico del catalizador y la reoxidación del catalizador por el oxígeno de la fase gaseosa.
Una amplia gama de reacciones de oxidación selectiva ocurren sobre óxidos de metales de transición y metales nobles, incluyendo reacciones de deshidrogenación oxidativa de alcanos, oxidación de alquenos, oxidación de alcoholes a aldehídos y la oxidación de alcanos a ácidos.
Referencias
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ARIZA, A. M. (2012). DESARROLLO DE CARBONES ACTIVADOS A PARTIR DE RESIDUOS LIGNOCELULÓSICOS PARA LA ADSORCIÓN Y RECUPERACIÓN DE TOLUENO Y N-HEXANO. VILLANUEVA DE GÁLLEGO: TESIS, UNIVERSIDAD DE SAN JORGE.
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(s.f.). CAPITULO 1. INTRODUCCIÓN. 
J.A GUTIÉRREZ-VÁZQUEZ, J. O. (2008). ESPUMAS DE ALUMINIO. FABRICACIÓN, PROPIEDADES Y APLICACIONES. REVISTA DE METALURGIA.
MARTÍN, J. M. (2001). SÍNTESIS, CARACTERIZACIÓN Y APLICACIONES CATALÍTICAS DE ZEOLITAS BÁSICAS. MADRID, ESPAÑA: TESIS, UNIVERSIDAD COMPLUTENSE DE MADRID.
RODRÍGUEZ, F. D. (2009). ESPUMAS METÁLICAS. CUATITLÁN IZCALLI: FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN.
(s.f.). TEMA VIII: INTRODUCCIÓN A LA CATÁLISIS HOMOGÉNEA. PDF.