{"id":3678,"date":"2022-01-28T16:59:29","date_gmt":"2022-01-28T15:59:29","guid":{"rendered":"https:\/\/fusioncat.es\/?p=3678"},"modified":"2022-02-28T12:50:26","modified_gmt":"2022-02-28T11:50:26","slug":"upcn2","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/fusioncat.es\/es\/noticias\/upcn2\/","title":{"rendered":"[Tech] Desarrollo y an\u00e1lisis de catalizadores multicomponente para la recuperaci\u00f3n de hidr\u00f3geno en reactores nucleares de fusi\u00f3n"},"content":{"rendered":"

El laboratorio de cat\u00e1lisis y energ\u00eda forma parte del grupo de investigaci\u00f3n Nanoingenier\u00eda de Materiales Aplicados a la Energ\u00eda (NEMEN) de la UPC. Una de las principales actividades del grupo NEMEN es el desarrollo de catalizadores y reactores catal\u00edticos para la obtenci\u00f3n de hidr\u00f3geno y el desarrollo de tecnolog\u00edas relacionadas con el hidr\u00f3geno. El grupo NEMEN forma parte del Instituto de T\u00e9cnicas Energ\u00e9ticas y del Departamento de Ingenier\u00eda Qu\u00edmica de la Universitat Polit\u00e8cnica de Catalunya.<\/p>\n

Uno de los principales retos para desarrollar totalmente los reactores de fusi\u00f3n nuclear es la recuperaci\u00f3n de los is\u00f3topos de hidr\u00f3geno y la separaci\u00f3n de \u00e9stos de las impurezas generadas en el reactor nuclear. El uso de membranas de Pd para separar el hidr\u00f3geno de las posibles impurezas se ha extendido en los \u00faltimos a\u00f1os, sin embargo, la presencia de mon\u00f3xido de carbono (CO) o metano (CH4<\/sub>) estropea las membranas y reduce dr\u00e1sticamente la su vida \u00fatil. Por tanto, es necesario encontrar mecanismos que protejan las membranas de Pd para aumentar su durabilidad y eficiencia. En este sentido, el principal objetivo del grupo NEMEN es preparar un catalizador multicomponente que cubra, proteja y mantenga el rendimiento elevado la membrana de Pd haciendo reaccionar y descomponer aquellas impurezas que puedan estropearla y sin que implique un consumo de hidr\u00f3geno. Este objetivo forma parte de la tarea 2.4 del proyecto FusionCAT del que el grupo NEMEN forma parte.<\/p>\n

La selecci\u00f3n y desarrollo de catalizadores multicomponente suponen en s\u00ed mismo un reto, dado que las principales reacciones catal\u00edticas necesarias para eliminar la mayor\u00eda de impurezas ocurren a diferentes condiciones de temperatura y presi\u00f3n. Por tanto, teniendo en cuenta las principales reacciones y los diferentes catalizadores encontrados en la bibliograf\u00eda, se han preparado y estudiado diferentes formulaciones de catalizadores para estudiar su viabilidad.<\/p>\n

En qu\u00edmica, el soporte de un catalizador, normalmente un s\u00f3lido con una elevada \u00e1rea superficial, donde el catalizador se encuentra adherido. El soporte puede ser catal\u00edticamente inerte, pero frecuentemente contribuye de forma significativa en las reacciones catal\u00edticas. Por lo tanto, no s\u00f3lo es importante encontrar el soporte adecuado para cada catalizador, sino tambi\u00e9n maximizar su \u00e1rea superficial. Los principales materiales analizados para ser empleados como soporte son aquellos basados en la ceria (CeO2<\/sub>), la al\u00famina (Al2<\/sub>O3<\/sub>), la circonia (ZrO2<\/sub>) y el \u00f3xido de lantano (La2<\/sub>O3<\/sub>) y los metales n\u00edquel (Ni), hierro (Fe) y rodio (Rh) como fases activas. En la tabla 1 se muestran los catalizadores preparados, as\u00ed como el porcentaje en peso (%wt) de fase activa y los precursores estudiados.<\/p>\n

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<\/th>\nCatalizador<\/th>\nFase activa (% wt.)<\/th>\nPrecursores soporte<\/th>\nPrecursores fase activa<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
1<\/td>\nNiFe\/CeLaOx<\/sub><\/td>\n15% Ni, 3% Fe<\/td>\nCe(NO3<\/sub>)3<\/sub>, La(NO3<\/sub>)3<\/sub><\/td>\nFe(NO3<\/sub>)3<\/sub>, Ni(NO3<\/sub>)2<\/sub><\/td>\n<\/tr>\n
2<\/td>\nNiFe\/AlCeZrLaOx<\/sub><\/td>\n15% Ni, 3% Fe<\/td>\nCeCl3<\/sub>, ZrOCl2<\/sub>, Al(OH)3<\/sub>, La(NO3<\/sub>)3<\/sub><\/td>\nFe(NO3<\/sub>)3<\/sub>, Ni(NO3<\/sub>)2<\/sub><\/td>\n<\/tr>\n
3<\/td>\nNiFeRh\/AlCeZrLaOx<\/sub><\/td>\n14,6% Ni, 2,9% Fe, 1,5% Rh<\/td>\nFe(NO3<\/sub>)3<\/sub>, Ni(NO3<\/sub>)2<\/sub>, RhCl3<\/sub><\/td>\n<\/tr>\n
4<\/td>\nRh\/AlCeZrLaOx<\/sub><\/td>\n1,5% Rh<\/td>\nCeCl3<\/sub>, ZrOCl2<\/sub>, Al(OH)3<\/sub>, La(NO3<\/sub>)3<\/sub><\/td>\nRhCl3<\/sub><\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<\/div>\n

Tabla 1: <\/strong>Catalizadores preparados.<\/small><\/p>\n

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En la Figura 1 se muestra el sistema de reacci\u00f3n dise\u00f1ado para evaluar la viabilidad de los distintos catalizadores bajo diferentes condiciones de presi\u00f3n y temperatura. El sistema consiste en cuatro l\u00edneas de gas (CO, O2<\/sub>, H2<\/sub> y CH4<\/sub>) conectados a controladores m\u00e1sicos y una l\u00ednea l\u00edquida (H2O) conectada a una bomba de inyecci\u00f3n de un cromat\u00f3grafo l\u00edquido de alta eficacia (HPLC). Todas las l\u00edneas se encuentran calefactadas y conectadas a v\u00e1lvulas antirretorno antes de entrar en el reactor. El reactor est\u00e1 situado en un horno de alta temperatura regulado por un controlador de temperatura (\u00b10,1 \u00b0C) y un termopar. A la salida del reactor se han conectado un filtro, una v\u00e1lvula para regular su presi\u00f3n y un man\u00f3metro. Asimismo, los gases salientes del reactor se hacen pasar por un condensador y posteriormente se analizan cada 5 minutos en un cromat\u00f3grafo de gases durante el transcurso del experimento. La cama catal\u00edtica se ha mantenido constante y uniforme a 0.6 cm3<\/sup> con diluci\u00f3n con carburo de silicio durante todos los experimentos realizados.<\/p>\n

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\"Schema<\/p>\n

Figura 1:<\/strong> Esquema del sistema de reacci\u00f3n empleado.<\/small><\/p>\n

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Las muestras antes y despu\u00e9s de reacci\u00f3n se analizaron mediante difracci\u00f3n de rayos-X (XRD) y espectroscopia Raman para determinar las fases cristalinas presentes. Para determinar el estado de oxidaci\u00f3n de los elementos presentes se emple\u00f3 la espectroscopia de fotoelectrones emitidos por rayos X (XPS). Por \u00faltimo, se analiz\u00f3 el comportamiento catal\u00edtico de los diferentes catalizadores. La figura 2 muestra conversi\u00f3n de mon\u00f3xido de carbono (CO) en funci\u00f3n de la temperatura para todos los catalizadores preparados. Los resultados muestran c\u00f3mo los catalizadores basados en los \u00f3xidos de Ce\/Al\/Zr\/La y fase activa de los metales Ni\/Fe o Ni\/Fe\/Rh muestran una conversi\u00f3n completa en un intervalo amplio de temperaturas.<\/p>\n

\"El

Figura 2.<\/strong> Evoluci\u00f3n de la conversi\u00f3n de CO en funci\u00f3n del catalizador utilizado y la temperatura de reacci\u00f3n.<\/span><\/p><\/div>\n

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El pr\u00f3ximo paso es desarrollar un reactor catal\u00edtico de membrana (CMR), con una membrana formada por una aleaci\u00f3n de Pd, en la que integrar los catalizadores estudiados en forma de pellets y estudiar su comportamiento en funci\u00f3n de la presi\u00f3n y la temperatura.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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