Evaluación de catalizadores de NiCoMn reciclados de baterías de notebook para la conversión de mezcla de biogás sintético a gas de síntesis a través de la reacción de reformado seco y en la pirolisis catalítica de polipropileno

Abstract

En este trabajo de Tesis se llevó a cabo el estudio y evaluación de catalizadores sólidos obtenidos a partir del reciclado hidrometalúrgico de baterías ión-litio agotadas (LIBs), utilizando una solución de lixiviado conteniendo nitratos de los metales Ni, Co, Mn y Li como punto de partida en la preparación de catalizadores soportados mediante impregnación sobre γ-Al2O3 y γ-Al2O3 dopada con 1-3% Ce, con la finalidad de evaluar su desempeño en las reacciones de Reformado Seco de Metano (DRM) y en la Pirólisis Catalítica de polipropileno (PP), dos reacciones de gran interés ambiental. Los catalizadores fueron estudiados mediante distintas técnicas de caracterización: Microscopía Electrónica de Barrido (SEM), Isoterma de adsorción/desorción de N2 (BET), Reducción a Temperatura Programada (TPR), Difracción de Rayos X (DRX), Espectroscopía Fotoelectrónica de Rayos X (XPS), Espectroscopía de Emisión Atómica con Plasma Acoplado Inductivamente (ICP-AES) y Titulación Potenciométrica con n-butilamina. Se los evaluó en la reacción DRM a 600°C y 800°C en un reactor tubular de cuarzo a presión atmosférica, presentando valores de conversión comparables a los reportados para sistemas catalíticos convencionales y en condiciones similares. Entre las diferencias de actividad de los catalizadores preparados con lixiviado se plantea el rol del litio y su capacidad de formar distintas fases con el soporte y los demás metales presentes. El dopado del soporte con Ce logró mejorar la actividad catalítica de forma notable, aumentando la conversión de metano en hasta un 50% para un 3% p/p de Ce. Los ensayos de la Pirólisis Catalítica de PP se realizaron en un reactor en dos etapas: una primera donde ocurre la pirolisis térmica a 500°C, utilizando PP proveniente de bandejas de alimentos, y una segunda con un reactor catalítico donde ocurre el craqueo de la fracción pirolizada. La fracción líquida condensada fue recolectada a la salida del segundo reactor y analizada mediante cromatografía gaseosa. En la pirolisis térmica del PP se observó predominancia de los cortes pesados (94% Diesel), y el resto Kerosene. La incorporación de un sólido en el reactor catalítico aumentó notablemente el craqueo de la corriente pirolizada. El dopado del soporte con metales de transición como Ni, Co y Mn genera una mayor proporción hacia cortes livianos como Kerosene (K) y Naftas (GRO). Al aumentar la cantidad de lixiviado sobre el soporte, se observó una mayor selectividad hacia compuestos de C10, mientras que en el caso del catalizador de sales comerciales se dio un aumento de compuestos de C11 y C13. Estos resultados se fundamentan en la sinergia entre la cantidad de sitios ácidos presentes, y principalmente en la distribución del tamaño de poros de cada catalizador. Estos resultados nos aportan alternativas al reciclado de LIBs, las cuales son dispositivos de un uso ubicuo y cada vez con mayor predominio en nuestro sociedad, por lo que buscar alternativas que revaloricen los materiales que los componen es de gran importancia socioambiental para lograr los objetivos de la Economía Circular.