Modelado cinético de la producción de hidrógeno vía fotocatalizadores de platino sobre óxido de titanio-sílice mesoporosa en presencia de agentes de sacrificio orgánicos
Resumen
En este trabajo se presenta el modelado cinético de la producción de H2 debida a la hidrólisis fotocatalítica del agua (PWS, por sus siglas en inglés) empleando una molécula orgánica de sacrificio utilizando catalizadores basados en titania (TiO2) soportados en un material mesoporoso de sílice (SBA-15), y modificado con platino (Pt). El soporte SBA-15 fue sintetizado por medio del método sol-gel de autoensamblado, mientras que el TiO2 fue incorporado por el método del injerto químico, a su vez la incorporación de Pt se realizó por el método de impregnación en estado sólido. El material resultante se caracterizó por Espectroscopía de Reflectancia Difusa (DRS) de radiación UV-visible y Difracción de Rayos X (DRX), cuyos resultados brindaron información de la energía de brecha del material y de las propiedades texturales resultantes, así mismo el procesamiento de los datos se llevó a cabo con programas de Matlab. Además, se realizaron las evaluaciones fotocatalíticas con los siguientes catalizadores: de Pt-TiO2, TiO2-SBA-15 y Pt/TiO2-SBA-15 en un reactor de recirculación por lotes utilizando glicerol, propilenglicol y etanol como agentes de sacrificio, las muestras de reacción obtenidas fueron analizadas por cromatografía de gases. Los resultados del seguimiento de los componentes del sistema de reacción fueron analizados para plantear esquemas de reacción a partir del análisis de ciclos catalíticos y de reacción, los cuales permitieron la propuesta de los modelos cinéticos siguiendo el enfoque de adsorción competitiva. Los modelos cinéticos fueron ajustados utilizando el programa modular de Fortran 90 programado en Visual Studio y utilizando un compilador de Intel Fortran, el programa utiliza el algoritmo de Levenberg-Marquardt para la minimización de la suma de los residuales cuadrados de los datos predichos por el modelo y los obtenidos experimentalmente; asicomo, el ajuste de los modelos cinéticos planteados. Así mismo, el algoritmo de Levenberg-Marquardt fue acoplado al método de Runge-Kutta de cuarto orden para la integración del modelo diferencial. Los parámetros cinéticos fueron analizados con el objetivo de interpretar los valores de los resultados obtenidos. Es preciso mencionar, que los modelos cinéticos siguen estrictamente una formulación matemática del enfoque de Eley-Rideal (ER), sin embargo, esto resulta de la simplificación del enfoque de Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson (LHHW), esto se debe a que formalmente el mecanismo de LHHW considera la reacción de dos productos adsorbidos, sin embargo, la información cinética que se puede obtener de reacciones fotocatáliticas requieren de consideraciones que sugerirían una expresión matemática con el enfoque de ER. Los resultados obtenidos en este trabajo permitieron extender el conocimiento de la cinética química del uso de fotocatalizadores soportados en mesoporosos de sílice en la producción de H2 en el sistema glicerol-agua, además de las características presentes en los materiales obtenidos siguiendo los métodos de síntesis usados en este trabajo. Por otro lado, se muestra la estimación de parámetros cinéticos y de adsorción de modelos multirespuesta que describen este tipo de sistemas de reacción.