Catalytic degradation of phenol with hydrogen peroxide: Heterogeneous Fenton-Like systems

Se sintetizaron catalizadores de Fe2O3/CeO2 a partir de un método simple de combustión. Se estudió la influencia del contenido de hierro (5-20%), la temperatura, la concentración de H2O2 y la temperatura de calcinación (400°C-900°C) sobre la reacción de oxidación de fenol en presencia de peróxido de hidrógeno. La reacción se llevó a cabo en un reactor tipo batch a presión atmosférica, a temperaturas entre 60°C y 100°C. Sobre las muestras líquidas se realizaron determinaciones de conversión de fenol y de carbono orgánico total. Los catalizadores resultaron ser activos y selectivos en las condiciones de operación estudiadas y los de mayor contenido de Fe presentaron los mayores niveles de conversión de fenol, junto con un mayor porcentaje de pérdida de fase activa en el medio de reacción. Los catalizadores calcinados a altas temperaturas presentaron menores valores de conversión de fenol; sin embargo, el efecto más pronunciado se registró sobre los niveles de selectividad hacia productos finales. El incremento de la proporción de peróxido de hidrógeno en la reacción no produjo cambios significativos en la conversión de fenol ni en la selectividad.Fe2O3/CeO2 catalysts were synthesized with different Fe loading (5-20%), using a simple combustion preparation method. The samples were calcined at several temperatures (400-900°C), and tested in a batch reactor at atmospheric pressure, in a temperature range of 60°C-100°C, for 4 hours. The effect of different H2O2/phenol ratios was also studied. Fresh and used samples were characterized by Scanning Electronic Microscopy, Temperature Prograrnmed Reduction, X-ray Diffraction and Surface Area Measurements (BET Method). The catalysts presented considerable phenol conversion and selectivity levels, at the operation conditions. Higher phenol conversions were reached with increasing iron content of the catalytic system; however, higher Fe lixiviation levels were also detected. A reduction in the phenol conversion and, more significantly, in the selectivity towards final products was observed when samples calcined at high temperatures were used.Fil: Massa, Paola Andrea. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; ArgentinaFil: Dafinov, Anton. Universitat Rovira I Virgili; EspañaFil: Fenoglio, Rosa Juana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; ArgentinaFil: Medina Cabello, Francisco. Universitat Rovira I Virgili; Españ

Preparación y caracterización de reactores catalíticos de membrana

Los Reactores Catalíticos de Membrana, RCM, nos dan la posibilidad de optimizar diversos procesos industriales. La versatilidad que tienen los RCM reside en que pueden ejecutar varias funciones, como por ejemplo, filtración, dosificación y catálisis. Este trabajo propone cuatro formas de preparación de RCM en modo contacto interfacial, para ser evaluados en remediación ambiental. Para la preparación de RCM, se emplearon membranas comerciales de fibra hueca de corindón. Como principal fase activa se usó paladio, el cual fue depositado por diferentes métodos tales como impregnación, sputtering (pulverización catódica) y microemulsión; también se usaron nanopartículas de paladio-cobre obtenido por el método del poliol. Los reactores obtenidos fueron probados en la generación in situ de peróxido de hidrógeno y la oxidación de fenol en medio acuoso a presión atmosférica y a temperatura ambiente o a 60°C. Los mejores resultados se obtuvieron con el RCM que contenía paladio por impregnación. Los otros RCM presentaron en todos las pruebas una rápida desactivación.Catalytic Membrane Reactors, CMR, are well known because of their versatility to develop various industrial processes. This versatility lies in CMR’s ability to run many functions in a single device. These functions can be filtration, dosage and catalysis. This work proposes four ways to prepare CMRs in interface mode to be tested in environmental remediation. For the preparation of Catalytic Membrane Reactors, commercial Hollow Fiber Membranes made of corundum were used. Palladium, as the main active phase, was synthesized by different methods such as impregnation, sputtering and microemulsion. Moreover, copper palladium alloy nanoparticles were obtained by the polyol route. The reactors obtained were tested in aqueous medium, at atmospheric pressure and low reaction temperatures (< 60°C) in the following reactions: in situ generation of hydrogen peroxide and phenol oxidation. The best results were achieved with the CMR with palladium prepared by impregnation. The others CMRs showed fast deactivation in all tests.Cuencanúmero 1

Preparación y caracterización de reactores catalíticos de membrana

Los Reactores Cataliticos de Membrana, RCM, nos dan la posibilidad de optimizar diversos procesos industriales. La versatilidad que tienen los RCM reside en que pueden ejecutar varias funciones, como por ejemplo, filtracion, dosificacion y catalisis. Este trabajo propone cuatro formas de preparacion de RCM en modo contacto interfacial, para ser evaluados en remediacion ambiental. Para la preparacion de RCM, se emplearon membranas comerciales de fibra hueca de corindon. Como principal fase activa se uso paladio, el cual fue depositado por diferentes metodos tales como impregnacion, sputtering (pulverizacion catodica) y microemulsion; tambien se usaron nanoparticulas de paladio-cobre obtenido por el metodo del poliol. Los reactores obtenidos fueron probados en la generacion in situ de peroxido de hidrogeno y la oxidacion de fenol en medio acuoso a presion atmosferica y a temperatura ambiente o a 60°C. Los mejores resultados se obtuvieron con el RCM que contenia paladio por impregnacion. Los otros RCM presentaron en todos las pruebas una rapida desactivacion.Catalytic Membrane Reactors, CMR, are well known because of their versatility to develop various industrial processes. This versatility lies in CMR’s ability to run many functions in a single device. These functions can be filtration, dosage and catalysis. This work proposes four ways to prepare CMRs in interface mode to be tested in environmental remediation. For the preparation of Catalytic Membrane Reactors, commercial Hollow Fiber Membranes made of corundum were used. Palladium, as the main active phase, was synthesized by different methods such as impregnation, sputtering and microemulsion. Moreover, copper palladium alloy nanoparticles were obtained by the polyol route. The reactors obtained were tested in aqueous medium, at atmospheric pressure and low reaction temperatures (< 60°C) in the following reactions: in situ generation of hydrogen peroxide and phenol oxidation. The best results were achieved with the CMR with palladium prepared by impregnation. The others CMRs showed fast deactivation in all tests

Rendimiento de los reactores de membrana catalítica de diferentes tamaños de poro con paladio como fase catalítica en reacciones de hidrogenación y oxidación

Los reactores catalíticos de membrana (CMR) se prepararon utilizando una membrana de fibra hueca comercial de corindón de 4 y 1400 nm y paladio impregnado. Las pruebas realizadas fueron hidrogenación de fenol, generación de peróxido de hidrógeno para oxidar el fenol mediante procesos de oxidación avanzados y reducción de cromo (VI). Las reacciones se realizaron en solución acuosa, temperatura suave y presión atmosférica. Para todas las pruebas, el hidrógeno pasó a través de la membrana para activarse con paladio. La prueba con fenol mostraron que, en ausencia de oxígeno, el hidrógeno activo reacciona con la materia orgánica, lo que lleva a la formación de productos hidrogenados; mientras que, en presencia de oxígeno, el hidrógeno activo reacciona con el oxígeno para formar peróxido de hidrógeno y, posteriormente, radicales hidroxilo que atacan la materia orgánica hasta su mineralización. Además, el CMR es capaz de reducir el cromo VI al cromo III. Los CMR de menor tamaño de poro presentan un mejor rendimiento en todas las reacciones.The catalytic membrane reactors (CMR) were prepared using a commercial Hollow Fiber Membrane of corundum of 4 and 1400 nm and impregnated palladium. The tests performed were phenol hydrogenation, hydrogen peroxide generation to oxidize phenol by advanced oxidation processes and chromium (VI) reduction. Reactions were performed in aqueous solution, mild temperature and atmospheric pressure. For all tests, the hydrogen passed through the membrane to be activated with palladium. The test with phenol showed that in absence of oxygen, the activate hydrogen reacts with the organic matter leading to the formation of hydrogenated products; while, in the presence of oxygen, active hydrogen reacts with the oxygen to form hydrogen peroxide and subsequently hydroxyl radicals that attack the organic matter until its mineralization. Furthermore, the CMR is capable of reducing chromium VI to chromium III. The CMRs of less pore size present better performance in all reactions

Catalytic palladium-based and iron-based membrane reactors: novel strategies of synthesis

Se emplearon varios procedimientos en la preparación de diferentes reactores de membrana catalítica basados en Pd y Fe (CCR) a través del método normal de impregnación húmeda, la filtración inversa de una microemulsión, el método de sputtering y la precipitación de un complejo Fe. Dependiendo del procedimiento elegido, la fase activa metálica se puede encontrar en la parte exterior y/o interior del CMR o incluso en sus poros en concentraciones entre 0,05 y 2% en %. Además, hemos logrado implementar un proceso sistemático único para el cultivo de hidrotalcita en los poros de un Pd-CMR. Para ejemplificar la actividad de estos nuevos CCM, los hemos probado en la peroxidación del fenol y la epoxidación in situ de la trans-chalcona.Several procedures were employed in the preparation of different Pd- and Fe-based catalytic membrane reactors (CMRs) via the normal wet impregnation method, reverse filtration of a microemulsion, sputtering method, and the precipitation of a Fe complex. Depending on the chosen procedure, the metal active phase can be found on the exterior and/or interior part of the CMR or even in its pores in concentrations between 0.05 and 2 wt %. Moreover, we have managed to implement a unique systematic process to grow hydrotalcite in the pores of a Pd-CMR. To exemplify the activity of these new CMRs, we have tested them in the peroxidation of phenol and in situ epoxidation of trans-chalcone

Insights into palladium deactivation during advanced oxidation processes

A key step in creating efficient and long-lasting catalysts is understanding their deactivation mechanism(s). On this basis, the behavior of a series of Pd/corundum materials during several hydrogen adsorption/desorption cycles was studied using temperature-programmed desorption coupled with mass spectrometry and aberration-corrected transmission electron microscopy. The materials, prepared by impregnation and by sputtering, presented uniform well-dispersed Pd nanoparticles. In addition, single atoms and small clusters of Pd were only detected in the materials prepared by impregnation. Upon exposure to hydrogen, the Pd nanoparticles smaller than 2 nm and the single atoms did not present any change, while the larger ones presented a core-shell morphology, where the core was Pd and the shell was PdHx. The results suggest that the long-term activity of the materials prepared by impregnation can be attributed solely to the presence of small clusters and single atoms of Pd