Effetto del metodo di preparazione di catalizzatori rame/ceria per l'idrogenazione di CO2 a metanolo = Influence of the preparation technique on copper/ceria catalysts for the hydrogenation of CO2 towars methanol

Il presente lavoro di tesi mira a studiare l'effetto che l'impiego di tecniche di sintesi diverse hanno sulle caratteristiche chimico-fisiche e sulle prestazioni catalitiche di sistemi a base di rame (Cu) e cerio (Ce) nella reazione di sintesi del metanolo a partire da CO2 e H2. Le tecniche di preparazione che sono state impiegate sono: Wet Impregnation (WI), Solution Combustion Synthesis (SCS) e Gel-Oxalate Co-Precipitation (OX). In particolare, sono stati sintetizzati 4 campioni di tipo WI, 9 campioni di tipo SCS e 5 campioni di tipo OX. Si sono indagate le seguenti composizioni: CeO2, Cu12Ce88, Cu40Ce60, Cu60Ce40, Cu80Ce20, CuO. Per la tecnica SCS, i campioni CuO e Cu40Ce60 sono stati sintetizzati variando i rapporto urea/nitrati tra i valori: 0.5, 1.0 e 2.0. Sui campioni sono state eseguite analisi di fisisorbimento in azoto a -196°C per la valutazione dell'area BET e lo studio della porosimetria, analisi XRD, FESEM, H2-TPR, CO2-TPD e ICP-MS. Tutti gli ossidi misti sono stati sottoposti a prova di stabilità e di attività catalitica in impianto. A valle di tutte le analisi e i test effettuati, si è visto che la prima tecnica di sintesi (WI) produce dei materiali nei quali le due fasi, ovvero Cu e CeO2, entrambe fondamentali alla reazione di interesse, a livello sub-microscopico rimangono piuttosto segregate. Le altre due tecniche di sintesi (SCS e OX) permettono di ottenere materiali formati da cristalliti molto più piccoli, che interagiscono in maniera molto più stretta ed efficace. Questo si ripercuote in maniera evidente sulle prestazioni catalitiche: i catalizzatori SCS ed OX, infatti, appaiono molto più attivi e selettivi nella idrogenazione della CO2 a metanolo rispetto ai catalizzatori WI, a parità di composizione del materiale e di condizioni operative. grazie proprio all'effetto sinergico che si crea tre le due fasi. Ad ogni modo, i sistemi Cu-Ce preparati e testati nel presente lavoro non sono competitivi rispetto a catalizzatori studiati in letteratura che sfruttano l'effetto sinergico Cu-Zn, ad esempio come sistemi CZA (Cu-ZnO/Al2O3) oppure CZZ (Cu-ZnO/ZrO2). Al termine del lavoro, si è infatti effettuato un confronto tra i migliori catalizzatori Cu-Ce (i.e., Cu80Ce20_OX e Cu60Ce40, Cu80Ce20_SCS) ed un tipico catalizzatore commerciale per la sintesi del metanolo (CZA, 60 m2/g), e si è visto che i primi raggiungono valori di resa di metanolo fino a 10 volte inferiori.