Some insights into the evolution of support surface chemistry during the preparation of metal oxide-activated carbon catalysts by conventional wet impregnation

Resumen

El presente trabajo tiene como objetivo desvelar la evolución y los cambios experimentados por la química superficial de un soporte carbonoso, con especial atención a las funcionalidades oxigenadas, durante las diferentes etapas implicadas en la preparación de catalizadores carbón activado(AC)-óxido metálico (MO) mediante el método de impregnación húmeda convencional. Para este propósito, tres series de catalizadores se han preparado mediante impregnación de un AC comercial (Merck) con disoluciones acuosas de Fe(NO3)3 y Zn(NO3)2 a 80 °C durante 5 h, seguida de secado en estufa a 120 °C durante 24 h y, por último, tratamiento térmico a 200 o 850 °C durante 2 h bajo atmósfera inerte. Tanto el AC de partida como las muestras resultantes fueron caracterizadas en términos de su química superficial mediante espectroscopía FT-IR y medida del pH del punto de carga cero. La superficie del AC está dominada por estructuras tipo cromeno, pirona y éter. La hidrólisis de los cationes Fe3+ y Zn2+ influye decisivamente sobre el pH de la disolución de impregnación y, en consecuencia, sobre la oxidación de los grupos funcionales y estructuras superficiales del AC por el ion nitrato presente en tales disoluciones. Así, el grado de oxidación es mayor para la disolución acuosa de Fe3+ que para la de Zn2+. Grupos hidroxilo fenólico y ácido carboxílico, así como enlaces C-O-M, se forman sobre la superficie del AC durante la etapa de impregnación por oxidación de estructuras tipo cromeno, 2-pirona y éter. En cuanto a las muestras tratadas térmicamente, los cambios químicos son mucho más intensos para los catalizadores preparados a 850 °C en comparación con los obtenidos a 200 °C. A la máxima temperatura de tratamiento se forman grupos ácido carboxílico, 4-pirona, estructuras de carboxilatos metálicos y grupos atómicos C-O-M