Ossidazione catalitica del metano: catalizzatori al palladio su sistemi mesoporosi di ceria e praseodimia = Catalytic oxidation of methane: palladium catalysts on mesoporous systems of ceria and praseodymium

Ossidazione catalitica del metano:catalizzatori al palladio su sistemi mesoporosi di ceria e praseodimia Il metano rappresenta l’alternativa più pulita e a minor impatto ambientale rispetto agli altri combustibili fossili esistenti in natura, ma presenta l’inconveniente di essere un potente gas serra; per questo motivo la ricerca è focalizzata verso l’abbattimento delle emissioni di metano tramite sua combustione completa per mezzo di un catalizzatore. In questo studio sono stati analizzati catalizzatori al palladio depositato su sistemi a base di ceria-praseodimia con diversa morfologia. In particolare, sono state utilizzate due sintesi idrotermali: la prima assistita da un digestore a microonde e la seconda svolta in autoclave; la sintesi idrotermale è stata scelta per la possibilità di creare dei supporti nano-strutturati. Una terza sintesi è stata eseguita tramite un metodo a modello rigido utilizzando SBA-15 come agente di direzione della struttura. Per ciascuna sintesi si è scelto di preparare un supporto di ceria pura e un supporto di ceria dopato con il 10% di praseodimio, fatta a eccezione della sintesi idrotermale in autoclave per cui è stato preparato anche un campione dopato al 50% di praseodimio. Tutti i campioni sono stati impregnati con il 2% in peso di Pd tramite Incipient Wetness Impregnation (IWI) e sono stati sottoposti ad analisi di caratterizzazione e a test catalitici per l’ossidazione del metano. Le analisi di fisisorbimento di azoto (BET) hanno rilevato grandi aree superficiali che spaziano dai 70 ai 100 m2/gcatalizzatore, valori tipici di materiali mesoporosi. Dalle analisi XRD è stato possibile osservare una diminuzione della dimensione dei cristalliti nei materiali supportati da ceria- praseodimia rispetto a quelli supportati da sola ceria pura, evidenziando un effetto positivo del dopante scelto. L’effetto positivo è stato confermato anche dalle analisi di H2-TPR per la quale l’aggiunta di Pr determina una migliore riducibilità della ceria, ovvero un consumo maggiore di H2. Andando ad analizzare i risultati dei test catalitici, si ottengono dei buoni valori di conversione sia per i catalizzatori supportati su ceria pura e sia per quelli supportati su ceria- praseodimia, arrivando a conversione quasi completa intorno ai 350-400 °C. La differenza tra i due supporti è visibile per temperature superiori, intorno ai 600-700 °C, in quanto l’utilizzo di un supporto ceria-praseodimia consente di incrementare la stabilità termica del catalizzatore, riducendone la perdita di attività catalitica legata alla trasformazione ad alte temperature di PdO↔Pd. La presenza di praseodimio consente di mantenere il palladio maggiormente ossidato. Infatti, dai risultati dei test catalitici condotti fino ad una temperatura di 800 °C si osserva un migliore di attività durante la fase di raffreddamento per i catalizzatori supportati su ceria-praseodimia, recupero di attività legato alla ri-ossidazione del palladio metallico a PdO, che è favorita nei sistemi dopati con Pr.