Foto-reducción de CO2 catalizada con arcillas pilareadas con hierro y cobre

Abstract

El exceso de dióxido de carbono en la atmósfera ha desarrollado problemáticas medio ambientales que ponen en riesgo la subsistencia de la vida como hoy la conocemos. En este contexto, la valorización del CO2 a través de su conversión en compuestos orgánicos es de interés mundial. El objetivo de este trabajo fue incrementar en un 20% la concentración de ácido fórmico obtenido a partir de la foto-reducción de CO2 catalizada con arcillas pilareadas con hierro, mediante el ajuste de los siguientes parámetros de reacción: concentración de hidróxido de sodio, temperatura y contenido de hierro y cobre en las arcillas pilareadas. Para lograr el objetivo se sintetizaron mediante intercambio iónico los siguientes catalizadores de bentonita con diferentes contenidos de hierro y cobre, Fe-PILC (13.62% Fe), Cu/Fe-PILC-I (2.51% Cu) y Cu/Fe-PILC-II (3.86% Cu). La incorporación de Fe y Cu a la bentonita originó un incremento de su área superficial específica desde 36 a 245, 137 y 98 m2⦁g-1 para los materiales de bentonita, Fe-PILC, Cu/Fe-PILC-I y Cu/Fe-PILC-II, respectivamente. Los sitios ácidos de Lewis también aumentaron con la incorporación de los metales. La actividad de estos catalizadores se demostró en la reacción de foto-reducción de CO2 en un reactor anular de tanque agitado de 0.1 L. Se realizó la optimización del proceso mediante un diseño central compuesto centrado en las caras y se logró el objetivo. Las condiciones óptimas encontradas fueron con el catalizador Cu/Fe-PILC-II, temperatura de reacción: 20 °C, solución de NaOH 0.25 M con luz UV. En el punto óptimo se obtuvieron las siguientes concentraciones de ácido fórmico, ácido acético, ácido acrílico y metanol: 289.8, 28.9, 0.8 y 3572 μmol⦁gCAT−1, respectivamente. Bajo las condiciones del punto óptimo también se determinó que existía actividad con luz visible y se obtuvieron las siguientes concentraciones de ácido fórmico, ácido acético, ácido acrílico y metanol: 86.6, 4.8, 0.1 y 291.1 μmol⦁gCAT−1, respectivamente. Con respecto al efecto de la concentración de NaOH, se determinó que la presencia del álcali es positiva para la reacción. Se concluyó también que la actividad de los materiales es debida a la presencia de FeO, Fe2O3, Fe3O4, CuO and Cu2O, que fueron identificados por XPS.