REDUCC~1

Vista previa del material en texto

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA 
 DE MÉXICO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Facultad de Estudios Superiores Zaragoza 
 
“REDUCCIÓN CATALÍTICA SELECTIVA DE NOx 
MEDIANTE CATALIZADORES SOPORTADOS SOBRE 
CERÁMICOS CELULARES ELABORADOS A PARTIR 
DE ARCILLA Y LODO GENERADO EN PLANTAS 
POTABILIZADORAS” 
 
 
TESIS 
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE 
INGENIERO QUÍMICO 
PRESENTA: 
 
EVARISTO SÁNCHEZ CHRISTIAN 
 
 
 
 
MÉXICO, D.F 2014 
 
 
 
 
 
UNAM – Dirección General de Bibliotecas 
Tesis Digitales 
Restricciones de uso 
 
DERECHOS RESERVADOS © 
PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL 
 
Todo el material contenido en esta tesis esta protegido por la Ley Federal 
del Derecho de Autor (LFDA) de los Estados Unidos Mexicanos (México). 
El uso de imágenes, fragmentos de videos, y demás material que sea 
objeto de protección de los derechos de autor, será exclusivamente para 
fines educativos e informativos y deberá citar la fuente donde la obtuvo 
mencionando el autor o autores. Cualquier uso distinto como el lucro, 
reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el 
respectivo titular de los Derechos de Autor. 
 
 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO 
FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES 
'ZARAGOZA' 
CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA 
OFICIO: FESZlJCIQ/ 267/14 
ASUNTO: Asignación de Jurado 
Alumno (a): Evaristo Sánchez Christian 
PRESENTE 
En respuesta a su solicitud de asignación de jurado, la jefatura a mi cargo, ha propuesto a 
los siguientes sinodales: 
PRESIDENTE I.Q. RAUL RAMÓN MORA HERNÁNDEZ 
VOCAL DR. FABRICIO ESPEJEL AYALA' 
SECRETARIO M. en C. MARIANO PÉREZ CAMACHO 
SUPLENTE 
SUPLENTE 
M. en I. RAFAEL sÁNCHEZ DIRZO 
DR. EDTSON EMILIO HERRERA VALENCIA 
Sin más por el momento, reciba un cordial saludo. 
ATENTAMENTE 
"POR MI RAZA HABLARÁ EL ESPÍRITU" 
México D.F. a 22 de abril de 2014 
UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO 
FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES 
'ZARAGOZA' 
CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA 
OFICIO: FESZlJCIQ/267/14 
ASUNTO: Asignación de Jurado 
Alumno (a): Evaristo Sánchez Christian 
PRESENTE 
En respuesta a su solicitud de asignación de jurado, la jefatura a mi cargo, ha propuesto a 
los siguientes sinodales: 
PRESIDENTE I.Q. RAUL RAMÓN MORA HERNÁNDEZ 
VOCAL DR. F ABRlCIO ESPEJEL A y ALA' 
SECRETARIO M. en C. MARIANO PÉREZ CAMACHO 
SUPLENTE 
SUPLENTE 
M. en 1. RAFAEL SÁNCHEZ DIRZO 
DR. EDTSON EMILIO HERRERA V ALENClA 
Sin más por el momento, reciba un cordial saludo. 
ATENTAMENTE 
"POR MI RAZA HABLARÁ EL ESPÍRITU" 
México D.F. a 22 de abril de 2014 
 
 
DEDICATORIAS 
 
A mi Padre Pablo Evaristo Cruz y mi Madre Ana Ma. Sánchez Centeno. 
Por apoyarme incondicionalmente durante este camino, por brindarme su cariño, su 
paciencia, su apoyo para concluir una carrera profesional, por estar conmigo en todo 
momento y brindarme sus consejos y experiencia. Este logro es por ustedes por las 
personas más importantes en mi vida. 
 
A mi hermano Ricardo Jovan Delgado Sánchez 
Por darme ánimos para concluir mis metas, 
por apoyarme en todo momento y 
aunque estemos lejos, siempre estás conmigo. 
Te quiero. 
 
A mis hermanos Ivan Evaristo S. y Edith Evaristo S. 
Aunque es poco el tiempo que convivimos, 
son muy importantes para mí, los aprecio mucho. 
 
A Ivette Zúñiga Zamorano por ser mi amiga 
y sobre todo mi compañera en la vida. Te 
agradezco por todos los momentos que me 
has regalado, por tu afecto, tu cariño, tu apoyo, 
tu paciencia, por estar conmigo incondicionalmente. 
Te adoro. 
 
A todos mis amigos, Marcos, Víctor, Ana, Diana Miguel, 
Eduardo, Mario, Juan Manuel, Blanca Flor, Alfredo, Gaby, 
José Jhors. Con ustedes pase los mejores momentos 
en la universidad, nos los olvidare. 
 
 
 
 
 
AGRADECIMIENTOS 
 
A la Universidad Nacional Autónoma de México y a la Facultad de Estudios Superiores 
Zaragoza porque es un orgullo pertenecer a ellas. 
 
A todos mis profesores de la FES-Zaragoza, por su conocimiento y experiencia 
brindados para mi formación. 
 
Al Dr. Fabricio Espejel Ayala por su asesoría, apoyo y paciencia para la realización de 
este trabajo, le agradezco profundamente. 
 
Al Dr. Raúl Pérez Hernández y a la Ing. Albina Gutiérrez Martínez, mi más sincero 
agradecimiento, por haberme brindado su tiempo, sus conocimientos, sus consejos, 
gracias por todo. 
 
A la Dra. Rosa María Ramírez Zamora por su asesoría y apoyo para la realización de 
este trabajo. 
 
A todos mis profesores de la Facultad de Estudios Superiores Zaragoza, por sus 
conocimientos y experiencias brindadas para mi formación. 
 
Al Instituto Nacional de Investigación Nuclear (ININ), al Instituto de Ingeniería UNAM y 
la Facultad de Ingeniería UNAM, por las facilidades brindadas para la utilización de su 
infraestructura, así como al Instituto de Física UNAM y al Instituto de Materiales UNAM 
por su apoyo para la realización de los estudios de ¨Difracción de Rayos X¨ y 
¨Microscopia Electrónica de Barrido respectivamente¨. 
 
 
 
I 
 
RESUMEN 
El presente trabajo se enfoca en el estudio de las propiedades catalíticas del platino 
(Pt) y la plata (Ag), soportadas en un material novedoso ¨cerámicos celulares¨ 
elaborados con arcilla y lodo generado en una planta potabilizadora, para la reducción 
del (N2O) y (NO), utilizando (H2) como agente reductor. 
Se elaboraron soportes de (arcilla/lodo) a partir del método de formación de espumas 
por desprendimiento de gases, la mezcla arcilla/lodo fue cocida en moldes de acero a 
una temperatura de 1250°C. Los catalizadores fueron preparados por el método de 
impregnación sobre el cerámico celular en polvo, utilizando como precursores (Ag) y 
(Pt). Para esto último se utilizaron AgNO3 y H2PtCl6·(H2O)6, a una concentración de 
2.5% en peso. Los catalizadores fueron calcinados a 600°C y posteriormente 
reducidos a 400°C en flujo de H2. 
La caracterización de los materiales catalíticos se realizó a través de varias técnicas 
como: adsorción física de nitrógeno para determinar el área superficial BET; 
microscopia electrónica de barrido (MEB) para observar la morfología de los 
catalizadores; difracción de rayos X (DRX) para identificar las fases de los materiales 
catalíticos y reducción a temperatura programada (TPR) para observar la interacción 
metal-soporte. Las propiedades catalíticas de los catalizadores fueran estudiadas en 
las reacciones modelo N2O + H2 y NO + H2, para determinar la actividad y selectividad. 
El área superficial obtenida para el soporte y los catalizadores fue del orden de (0.55 a 
1.75m2/g) respectivamente. Este aumento en el área es debido a que las partículas de 
Ag y Pt adsorbieron H2. 
Las fases cristalinas identificadas en los catalizadores son: mullita (Al4+2xSi2-2xO10-x), 
albita (NaAlSi3O8) y cuarzo (SiO2). 
Las micrografías obtenidas por MEB mostraron que el catalizador de Pt presentó una 
mejor distribución en el soporte con respecto al catalizador de Ag. Esto influyó en la 
actividad catalítica. 
Los perfiles de TPR obtenidos proporcionaron un intervalo de temperatura en el cual 
se llevó a cabo la reducción de las especies activas (Pt y Ag).Para el caso del Pt se 
presentó un intervalo de temperatura de 250-350° C y para Ag de 200-350° C. 
La actividad catalítica en las reacciones modelo (N2O + H2) y (NO + H2) fue diferente. 
En las dos reacciones, el catalizador de Pt presentó mayor actividad que el de Ag, 
alcanzando conversiones del 80%, mientras que los catalizadores de Ag alcanzaron 
conversiones del 25-50%. La selectividad hacia N2 no se pudo cuantificar debido a 
problemas de resolución de los cromatógrafos. 
http://es.wikipedia.org/wiki/Aluminio
http://es.wikipedia.org/wiki/Silicio
http://es.wikipedia.org/wiki/Ox%C3%ADgeno
http://es.wikipedia.org/wiki/Sodio
http://es.wikipedia.org/wiki/Sodio
http://es.wikipedia.org/wiki/Siliciohttp://es.wikipedia.org/wiki/Ox%C3%ADgeno
http://es.wikipedia.org/wiki/Silicio
http://es.wikipedia.org/wiki/Silicio
II 
 
ÍNDICE GENERAL 
 Pág. 
 
I. RESUMEN I 
II. ÍNDICE DE FIGURAS IV 
III. ÍNDICE DE TABLAS VI 
IV. ABREVIATURAS VII 
V. INTRODUCCIÓN VIII 
 
CAPÍTULO 1: MARCO TEÓRICO 
 
1.1 Generalidades de los NOx. 1 
1.1.1 Formación de los NOx. 6 
1.1.2 Principales fuentes generadoras de NOx. 8 
1.1.3 Emisiones nacionales de NOx. 9 
1.1.4 Problemas a la salud asociados a la presencia de NOx. 13 
1.1.5 Legislación en materia de contaminación de aire para NOx. 13 
1.1.6 Procesos de tratamiento de NOx. 15 
 
1.2 Generalidades del proceso de reacción catalítica selectiva de NOx. 20 
1.2.1 Reducción catalítica selectiva con hidrógeno (H2–SCR) 23 
1.2.2 Estudio de casos, reducción catalítica selectiva. 28 
1.2.3 Estudio de casos, tipo de soportes. 37 
 
1.3 Generalidades de los cerámicos celulares 40 
1.3.1 Clasificación de cerámicos celulares 41 
1.3.2 Propiedades de los cerámicos celulares 44 
1.3.3 Métodos de producción de cerámicos celulares 46 
 
CAPÍTULO 2. DESARROLLO EXPERIMENTAL 
 
2.1 Acondicionamiento de arcilla-lodo 
2.2 Preparación del soporte arcilla-lodo. 
48 
48 
2.3 Síntesis de catalizadores. 49 
2.4 Caracterización de catalizadores. 50 
2.4.1 Área superficial (BET). 51 
2.4.2 Difracción de rayos X. 54 
2.4.3 Microscopia electrónica de barrido (SEM). 55 
2.4.4 Reducción a temperatura programada. 56 
2.5 Actividad catalítica. 57 
2.6 Selectividad. 61 
 
III 
 
CAPÍTULO 3. RESULTADOS EXPERIMENTALES 
 Pág. 
 
3.1 Área superficial. 62 
3.2 Difracción de rayos X. 64 
3.3 Microscopia electrónica de barrido. 66 
3.4 Reducción a temperatura programada. 69 
3.5 Actividad catalítica. 70 
3.5.1 Reacción modelo N2O + H2. 71 
3.5.2 Reacción modelo NO + H2. 72 
3.6 Selectividad. 73 
 
CAPÍTULO 4. 
 
CONCLUCIONES GENERALES 74 
 
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 76 
 
ANEXO. 
CONCEPTOS GENERALES SOBRE LA CATÁLISIS Y CATALIZADORES 
 
A.1 Cinética química 
A.2Catalizador. 
82 
83 
A.3 Catálisis. 84 
A.4 Clasificación de la catálisis. 84 
A.4.1 Catálisis homogénea. 84 
A.4.2 Catálisis enzimática. 85 
A.4.3 Catálisis heterogénea. 85 
A.5 Características de los catalizadores heterogéneos. 87 
A.5.1 Fase activa. 87 
A.5.2 Soporte. 88 
A.5.3 Promotor. 88 
A.6 Actividad. 89 
A.7 Selectividad. 89 
A.8 Estabilidad. 90 
 
 
 
 
IV 
 
ÍNDICE DE FIGURAS 
 Pág. 
 
Figura 1.1 Fuentes Generadoras de NOx, 2008. 9 
 
Figura 1.2 Emisión de NOx en México 1999-2008. 10 
 
Figura 1.3 Emisión de contaminantes por entidad federativa, 2008. 11 
 
Figura 1.4 Reacción de los NOx en el catalizador. 20 
 
Figura 1.5 Clasificación de cerámicos celulares. 41 
 
Figura 1.6 Sólidos celulares bidimensionales, a) Panal de abeja natural, 
b) Panal de abeja de manufactura humana. 
42 
 
Figura 1.7 Sólidos tridimensionales celulares: (a) poliuretano de celda abierta; 
(b) polietileno de celda cerrada; (c) níquel, (d) cobre, (e) zirconio de celdas 
parcialmente cerradas, (f) mulita, (g) vidrio, (h) espumas de poliéster de celdas 
parcialmente abiertas. 
43 
 
Figura 1.8. Rango de propiedades disponibles (Gibson y Ashby, 1999), 
a) Densidad, b) conductividad térmica, c) módulo de Young, d) resistencia. 
45 
 
Figura 2.1 Diagrama general de actividades. 47 
 
Figura 2.2 Determinación del área superficial. 52 
 
Figura 2.3 Equipo Belcat Basic (BEL JAPAN, INC.) 53 
 
Figura 2.4 Obtención de los espectros de TPR a partir de la desorción del gas 
reductor. 
56 
 
Figura 2.5 Unidad multitareas RIG-100. 58 
 
Figura 2.6 Montaje Experimental para Reducción a Temperatura Programada y 
Actividad Catalítica 
59 
 
Figura 3.1 Imagen de Microscopía Electrónica de Barrido del cerámico celular 
donde se aprecia el tamaño de las celdas. 
63 
 
Figura 3.2 Difractogramas de Rayos X del soporte (cerámico celular) y los 
catalizadores de Pt y Ag soportados. 
65 
 
Figura 3.3 Imágenes de MEB del material cerámico celular. 66 
V 
 
 
 Pág. 
 
Figura 3.4 Imágenes de MEB del material cerámico celular el polvo. 
 a) 500 aumentos y, b) 1000 aumentos. 
67 
 
Figura 3.5 Las figuras 3.5 a, b, c y d corresponden al material cerámico-Ag. 
Las figuras 3.5 e, f, g y h corresponden al cerámico-Pt. 
68 
 
Figura 3.6 Perfiles de reducción a temperatura programada 69 
 
Figura 3.7 Actividad catalítica de los catalizadores en la reacción modelo 
N2O + H2 
71 
 
Figura 3.8 Actividad catalítica de los catalizadores en la reacción modelo 
 NO + H2 
72 
 
Figura A.1 Diagrama de Energía para reacciones Homogéneas y Heterogéneas 83 
 
Figura A.2 Pasos involucrados en una reacción de superficie. 87 
 
Figura A.3 Área superficial de sólidos poroso y no porosos 88 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
VI 
 
INDICE DE TABLAS 
 Pag. 
 
Tabla 1.1 Óxidos de nitrógeno (NOx). 2 
 
Tabla 1.2 Potencial de calentamiento global. 5 
 
Tabla 1.3 Mecanismo de formación de los NOx. 8 
 
Tabla 1.4 Interpretación del IMECA. 12 
 
Tabla 1.5 Valores Límite para exposiciones de larga y corta duración de NOx 14 
 
Tabla 1.6 Normatividad para fuentes fijas. 15 
 
Tabla 1.7 Métodos de control de NOx. 16 
 
Tabla 1.8 Tecnologías para limitar los NOx de combustión externa. 17 
 
Tabla 1.9 Tecnologías para limitar los NOx de combustión interna. 19 
 
Tabla 1.10 Actividad de diversos catalizadores para H2-SCR 24 
 
Tabla 1.11 Tipos de catalizadores. 28 
 
Tabla 1.12 Tipos de soportes. 37 
 
Tabla 2.1 Propiedades del soporte arcilla/lodo composición 30-70%. 49 
 
Tabla 2.2 Cantidad de Pt y Ag a utilizar para la técnica de impregnación. 50 
 
Tabla 2.3 Condiciones generales para la actividad catalítica. 60 
 
Tabla 2.4 Factores de respuesta para transformar el área de los cromatógrafos 
a moles. 
61 
 
Tabla 3.1 Área superficial de los catalizadores 62 
 
Tabla 3.2 Temperaturas de reducción máximas de los catalizadores elaborados. 70 
 
 
 
VII 
 
ABREVIATURAS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
VIII 
 
INTRODUCCIÓN 
El N2O es uno de los principales contaminantes causantes del efecto invernadero, su 
peligrosidad radica en el poder de calentamiento el cual es 310 veces mayor al del 
CO2, además de que tiene un tiempo de vida media en la atmosfera de 110 años. En 
México se reporta emisiones equivalentes a 226,000 toneladas de N2O emitidos 
durante el año 2010 (SEMARNAT, 2012). 
El NO y NO2 son uno de los principales contaminantes atmosféricos causantes del 
smog fotoquímico y la lluvia ácida. La SINEA-SEMARNAT (Sub-sistema del Inventario 
Nacional de Emisiones a la Atmósfera de México) informó que en el año 2008, en 
México se emitieron 4, 887,441.58 toneladas del cual el 46% fueron generadas por 
fuentes móviles. 
Debido al problema que representan las emisiones de NOx en el ambiente y en la 
salud humana, principalmente problemas respiratorios, se han implementado una 
serie de medidas, tanto preventivas como correctivas, para disminuir la presencia de 
NOx en la atmósfera. 
La reducción catalítica selectiva (SCR por sus siglas en inglés) es el método más eficaz 
de control de las emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx) de las fuentes de 
combustión, que elimina más del 90 por ciento de los NOx contenidos en el gas de 
escape de combustión o proceso. 
La tecnología SCR es ampliamente utilizada en diferentes tiposde sistemas de 
combustión tales como calderas que queman carbón, turbinas de gas de ciclo simple y 
combinado, calderas de proceso, reformadores de hidrógeno, etc. Prácticamente 
cualquier gas de combustión caliente que contiene NOx puede ser tratado eficazmente 
con el proceso de SCR como adaptación o como nuevo equipo. 
Aunque la SCR de NOx es la técnica más utilizada en la actualidad para combatir las 
emisiones de NOx, presenta un inconveniente, los altos costos de los catalizadores 
elaborados, debido a los metales nobles utilizados (platino, paladio, iridio, rodio, 
osmio, rutenio, oro y plata) y los diversos soportes empleados, principalmente 
zeolitas, alúmina (Al2O3), nano partículas de TiO, carburo de silicio (SiC) y carburo de 
titanio (TiC). 
Uno de los logros alcanzados por la catálisis y por los catalizadores, es el desarrollo de 
los denominados convertidores catalíticos. El objetivo de un catalizador en el escape 
(convertidor catalítico) de un automóvil es la transformación simultánea de los 
contaminantes presentes a compuestos no dañinos como nitrógeno, agua y dióxido de 
carbono. La función del catalizador es transformar el CO (monóxido de carbono) y los 
IX 
 
hidrocarburos no quemados a CO2 (dióxido de carbono) y los NOx a N2 (nitrógeno), 
llevándose a cabo simultáneamente reacciones de oxidación (CO, HC) y reducción 
(NOx). 
El catalizador utilizado para la conversión simultánea de los gases presentes en los 
escapes de los automóviles es el denominado catalizador de tres vías, que incluye en 
su sofisticada formulación de tres metales nobles paladio-platino-rodio (Pd-Pt-Rh), 
siendo este catalizador, el único dispositivo que ayuda a alcanzar los estándares 
permitidos de emisiones contaminantes. Sin embargo, algunas de las limitaciones que 
presenta este sistema son: la necesidad de utilizar gasolina sin plomo y la de 
mantener una relación aire/combustible especifica en el motor. Otro problema 
asociado al catalizador de tres vías es el alto costo de los metales que lo conforman, 
especialmente el rodio, por lo que el platino es considerado como el mejor candidato 
para ser utilizado como fase activa en catalizadores para la reducción catalítica 
selectiva de NOx. 
De las tecnologías desarrolladas para disminuir las emisiones de NOx, la reducción 
catalítica selectiva con amoníaco (NH3–SCR) a encontrado aplicación en la industria, 
alcanzándose niveles de conversión mayores al 95% por lo regular en catalizadores de 
Ag/Al2O3 (JAZ Pieterse, 2006). Sin embargo un problema que existe al usar NH3 como 
reductor en la SCR de NOx, es que se tiene que alimentar un exceso de amoníaco para 
alcanzar niveles de conversión de NO mayores a 90%. Sin embargo el amoníaco que 
no reacciona sale a la atmósfera convirtiéndose en un contaminante más. 
La reducción catalítica selectiva de NOx por hidrocarburos (HC–SCR) ha atraído 
considerable interés como un método para controlar las emisiones procedentes de los 
motores operados en condiciones ricas en oxígeno, la única desventaja que se 
presenta es que se genera como subproducto CO (Angelidis, 2010) 
Se ha demostrado recientemente que el H2 también puede actuar como un reductor 
eficaz para la SCR. La SCR de NO con H2 (H2–SCR) se lleva a cabo a temperaturas 
relativamente bajas. La H2–SCR es un enfoque atractivo para la eliminación eficaz de 
NOx en los gases de escape de mezcla pobre y motores diesel, cuya temperatura se ha 
vuelto mucho más alta, debido a la mejora de la eficiencia térmica del motor. El H2 
puede ser formado por el reformado con vapor a partir de los combustibles 
(Hidrocarburos) (Hideaki Hamada et al., 2012). 
En un estudio anterior (Espejel, 2007) se planteó la elaboración de ladrillos a partir de 
mezclas lodo-arcilla. Se pudo observar en el proceso de cocción a diferentes 
temperaturas la formación de una estructura porosa similar a la presentada por los 
cerámicos celulares, esta porosidad se formó por los gases generados debido a la 
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894706001185
X 
 
descomposición del lodo y la arcilla. Debido a esto se contempló utilizar los lodos para 
la formación de cerámicos. 
En este estudio se determinó que la resistencia a la compresión de los cerámicos 
celulares elaborados con una mezcla lodo/arcilla, de 30% de lodo, fue de 4.58 MPa y 
una densidad relativa de 0.266. El valor obtenido de resistencia a la compresión de 
4.58 MPa es superior al establecido por la NMX-C-006-1976-Ladrillos bloques 
cerámicos de barro, arcilla y/o similares de 1.096-2.94 MPa. Por otro lado, el valor de 
densidad relativa es menor a 0.3 que es el valor límite establecido en literatura para 
considerar a un material como celular. Por lo que estos cerámicos presentan buenas 
propiedades con respecto a las normatividades. 
Con estos antecedentes, el presente trabajo tiene como objetivo principal el estudiar 
las propiedades catalíticas del platino y la plata soportados en cerámicos celulares de 
arcilla-lodo, para la eliminación del oxido nítrico (NO) y oxido nitroso (N2O), usando 
como agente reductor al H2, basándose en los siguientes objetivos específicos: 
I. Sintetizar por el método de formación de espumas por desprendimiento de 
gases, cerámicos celulares de arcilla-lodo. 
II. Preparar catalizadores de platino y plata por el método de impregnación 
incipiente. 
III. Caracterizar los catalizadores por diferentes técnicas: Área superficial (BET), 
Microscopía Electrónica de Barrido (SEM), Difracción de Rayos X (DRX) y 
Reducción a Temperatura Programada (TPR). 
IV. Estudiar el comportamiento catalítico de los catalizadores de platino y plata en 
las reacciones modelo (N2O + H2) y (NO + H2). 
V. Determinar la selectividad hacia nitrógeno de los catalizadores. 
El trabajo se divide para su presentación en la siguiente forma: 
 El capítulo I está dedicado a una recopilación bibliográfica sobre las generalidades 
de los NOx, la reducción catalítica selectica (SCR) y los cerámicos celulares. 
 En el capítulo II se describen las técnicas y protocolos experimentales asociados a 
la preparación, caracterización y propiedades catalíticas de los materiales. 
 El capítulo III concentra la presentación de los resultados y su discusión. La 
primera parte se relaciona con la caracterización de los catalizadores utilizando las 
técnicas siguientes; BET, SEM, DRX y TPR. La segunda parte se refiere a las 
propiedades catalíticas de los catalizadores en las reacciones (N2O+H2) y (NO+H2). 
 En el capítulo 4 se presenta las conclusiones generales y las referencias 
bibliográficas. 
 En el apéndice A se describe los conceptos generales sobre la catálisis y 
catalizadores. 
1 
 
CAPÍTULO 1 
MARCO TEÓRICO 
 
1.1 GENERALIDADES DE LOS NOx 
 
Los óxidos de nitrógeno NOx es un término genérico que hace referencia a un grupo 
de gases muy reactivos tales como el N2O, NO, N2O2, N2O3, NO2, N2O4 y N2O5. El 
nitrógeno molecular di-atómico (N2) es un gas relativamente inerte que compone 
alrededor del 80% del aire. El elemento químico nitrógeno (N), en forma 
monoatómica, puede ser reactivo y poseer niveles de ionización (llamados estados de 
valencia) desde más uno o más cinco. Por esto el nitrógeno puede formar varios 
óxidos diferentes (Tabla 1.1). 
Los NOx son moléculas muy simples que se encuentran presentes de forma natural en 
la atmósfera. Las fuentes naturales de estos óxidos incluyen la fijación de nitrógeno 
por un rayo, la actividad volcánica y la actividad microbiana. Durante mucho tiempo 
fue muy poca la preocupación por estos compuestos. Sin embargo, los niveles de NOx 
han aumentado a un nivel que se han convertido en importantes contaminantes del 
aire debido al aumento en las actividades antropogénicas en general durante los 
últimos cien años. 
Cuando cualquiera de estos óxidos se disuelve en agua y se descompone, forma ácido 
nítrico (HNO3) o ácido nitroso (HNO2).El ácido nítrico forma sales de nitrato cuando 
es neutralizado. El ácido nitroso forma sales de nitrito. De esta manera, los NOx y sus 
derivados existen y reaccionan ya sea como gases en el aire, como ácidos en gotitas de 
agua, o como sales (EPA, 1999). 
Dependiendo de su origen, las fuentes de emisión de contaminantes atmosféricos 
pueden englobarse en los siguientes puntos: 
a. Fuentes antropogénicas 
I. Procesos industriales 
II. Actividad humana 
 
b. Fuentes naturales 
I. Procesos de quema de la biomasa (combustibles fósiles) 
II. Océanos 
III. Suelo 
IV. Procesos implicados con la luz solar 
2 
 
TABLA 1.1 ÓXIDOS DE NITRÓGENO (NOX) 
Formula Nombre Valencia 
del (N) 
Características Daños a la salud Daños al medio 
ambiente 
 
 
 
 
 
N2O 
 
 
 
 
 
Óxido 
nitroso 
 
 
 
 
 
1 
Gas incoloro con olor dulce; 
insoluble en agua, ligeramente 
toxico, se usa como anestésico. Se 
genera por la termólisis 
controlada del nitrato amónico o 
por reacción de amoníaco con 
ácido nítrico. Se forma también en 
condiciones anaerobias a partir de 
abonos minerales en el suelo. Se 
oxida con O3 a cualquier 
temperatura para formar O2 y NO o 
dos moléculas de NO unidas como 
su dímero (N2O2). 
A corto plazo: Puede afectar al sistema 
nervioso central disminuyendo el estado 
de alerta. Puede causar quemaduras en la 
piel o congelación. Puede irritar la nariz y 
la garganta, causando tos o falta de aire. 
Puede causar sensación de 
desvanecimiento mareo y somnolencia 
A largo plazo: Puede afectar a la médula 
ósea y al sistema nervioso periférico. 
Produce alteraciones en la reproducción 
humana. Causa daño al hígado y al riñón. 
Es uno de los 
principales gases 
de efecto 
invernadero, 
causante del 
calentamiento 
global. 
Ataca a la capa de 
ozono reduciendo 
químicamente a 
este último en 
oxigeno molecular 
y óxido de 
nitrógeno 
 
 
 
 
 
 
 
NO 
 
 
 
 
 
 
 
Óxido 
nítrico 
 
 
 
 
 
 
 
2 
Gas incoloro, con un olor dulce 
fuerte, ligeramente soluble en 
agua, toxico. Es un oxidante fuerte 
y reacciona con materiales 
combustibles y reductores. Es una 
molécula altamente inestable se 
oxida rápidamente en presencia de 
oxigeno convirtiéndose en NO2. Se 
forma en plantas de energía, 
incendios y en el escape de 
motores a propano, diesel y 
gasolina (combustión incompleta). 
A altas temperaturas el (N2) y el 
(O2) molecular pueden combinarse 
para formar NO (2). 
A corto plazo: Irrita los ojos y el tracto 
respiratorio. La inhalación puede originar 
edema pulmonar. Grandes cantidades 
pueden disminuir la cantidad de oxígeno 
en la sangre y causar dolor de cabeza, 
fatiga, mareos y un color azulado en la piel 
y los labios (metahemoglobinemia). 
A largo plazo: Los pulmones pueden 
resultar afectados por la exposición 
prolongada o repetida. Es posible que 
exposiciones repetidas causen bronquitis 
con tos, flema y/o falta de aire. Puede 
causar dolores de cabeza, náuseas, vomito, 
fatiga, confusión mental, pérdida de 
conocimiento y muerte. 
 
 
 
 
 
Contribuye a la 
formación de 
lluvia acida, el 
smog fotoquímico 
y el 
oscurecimiento 
global. 
 
3 
 
 
TABLA 1.1 ÓXIDOS DE NITRÓGENO (NOX) (Continuación) 
Formula Nombre Valencia 
del (N) 
Características Daños a la salud Daños al medio 
ambiente 
 
 
N2O2 
Dióxido de 
di 
nitrógeno 
 
 
2 
Gas incoloro ligeramente soluble en agua. Se 
puede formar a partir de la reacción del N2O 
y O3. Es una molécula altamente inestable, 
esta se oxida rápidamente para formar NO2 
 
 
No reportado (1) 
 
 
No reportado (1) 
 
 
 
N2O3 
 
 
Trióxido 
de di 
nitrógeno 
 
 
 
3 
Sólido negro, soluble en agua, con olor 
ligeramente irritante, altamente oxidante, se 
descompone en agua. Es inestable por 
encima de 3°C a presión normal. Se produce 
mezclando partes iguales de (NO) y (NO2) y 
enfriando la mezcla por debajo de 21°C. Es 
el anhídrido del inestable ácido nitroso 
(HNO2) y lo produce al mezclarse con H2O 
 
 
 
No reportado (1) 
 
 
 
No reportado (1) 
 
 
 
 
 
NO2 
 
 
 
 
 
Dióxido de 
nitrógeno 
 
 
 
 
 
4 
Gas café rojizo de olor acre, muy soluble en 
agua, se descompone en agua. Es un gas 
tóxico, irritante y precursor de la formación 
de partículas de nitrato. Es un oxidante 
fuerte y reacciona violentamente con 
materiales combustibles y reductores. 
Reacciona con agua produciendo ácido 
nítrico y óxido nítrico. Ataca a muchos 
metales en presencia de agua. Se forma 
como subproducto en los procesos de 
combustión a altas temperaturas, como en 
los vehículos motorizados y las plantas 
eléctricas así como de la oxidación del NO 
en presencia de oxígeno. 
A corto plazo: Es corrosivo para 
la piel y el tracto respiratorio. La 
inhalación del gas o el vapor 
puede originar edema pulmonar. 
Puede irritar y quemar la piel con 
posibilidad de daño ocular. 
A largo plazo: Puede afectar al 
sistema inmune y el pulmón, 
dando lugar a menor resistencia 
frente a infecciones. 
 
 
Contribuye a la 
formación de 
lluvia ácida, el 
smog 
fotoquímico y el 
oscurecimiento 
global. 
 
 
http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_nitroso
http://es.wikipedia.org/wiki/Agua
4 
 
 
TABLA 1.1 ÓXIDOS DE NITRÓGENO (NOX) (Continuación) 
Formula Nombre Valencia 
del (N) 
Características Daños a la salud Daños al medio 
ambiente 
 
 
 
N2O4 
 
 
Tetróxido 
de di 
nitrógeno 
 
 
 
4 
Gas café rojizo muy soluble en agua, se 
descompone en agua. Es un dímero del dióxido 
de nitrógeno. Es un poderoso oxidante, 
altamente tóxico y corrosivo. Recibió mucha 
atención como comburente de cohetes debido a 
que reacciona de forma hipergólica con la 
hidracina, y derivados, y se puede almacenar 
con facilidad. 
 
 
 
No reportado (1) 
 
 
 
No reportado (1) 
 
 
N2O5 
 
Pentóxido 
de di 
nitrógeno 
 
 
5 
Sólido blanco, muy soluble en agua, se 
descompone en agua. Es el óxido de 
nitrógeno con más fuerza de ionización, lo que 
le infiere una gran capacidad de combustión. Es 
altamente reactivo y al mezclarse con agua 
produce ácido nítrico. 
 
 
No reportado (1) 
 
 
No reportado (1) 
 
 
(1) El dióxido de di nitrógeno (N2O2), trióxido de di nitrógeno (N2O3), tetróxido de di nitrógeno (N2O4) y pentóxido de di 
nitrógeno (N2O5) existen en concentraciones muy bajas en el gas de chimeneas. Si en embargo, existen en 
concentraciones tan bajas en la atmosfera que tanto su presencia como su efecto son ignorados con frecuencia. 
(2) A la temperatura ambiente el (O2) y el (N2) tienen poca tendencia a reaccionar entre sí, puesto que su reacción de 
formación es extremadamente endotérmica. La energía necesaria solo está disponible a temperaturas altas, como las 
generadas en los procesos de combustión (de 1300 a 2500°C). Incluso a tales temperaturas se producen cantidades 
muy pequeñas de NO. En general se puede decir que el tiempo de residencia de los gases en la zona de combustión, así 
como la temperatura de la llama y la concentración de oxígeno determina la cantidad de NO que realmente se forma. 
http://es.wikipedia.org/wiki/D%C3%ADmero_(qu%C3%ADmica)
http://es.wikipedia.org/wiki/Oxidante
http://es.wikipedia.org/wiki/Propergoles_hiperg%C3%B3licos
http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%93xidos_de_nitr%C3%B3geno
http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%93xidos_de_nitr%C3%B3geno
http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_n%C3%ADtrico
 
5 
 
De los distintos óxidos de nitrógeno conocidos, normalmente se detectan en la 
atmósfera tres de ellos: óxido nítrico (NO), dióxido de nitrógeno (NO2) y óxido nitroso 
(N2O). El termino NOX se aplica solo a los dos primeros, debido a su presencia 
mayoritaria y facilidad de transformación mutua en presencia del O2 del aire. 
El óxido nitroso (N2O) es un gas de efecto invernadero. Respecto a esto último, varios 
son los factores determinantes de la intensidad de un gas de efecto invernadero y se 
relacionan con las consecuencias que tendrá en el clima de la Tierra. Un factor es la 
longitud de tiempo que el gas permanece en la atmósfera.Un segundo factor es la 
capacidad única de cada gas para absorber la energía. Al tener en cuenta estos dos 
factores, se calcula el potencial de calentamiento global de un gas, en comparación con 
una masa equivalente de dióxido de carbono (que se define por un potencial de 
calentamiento global igual a 1). En la tabla 1.2 se muestran los potenciales de 
calentamiento de los gases de efecto invernadero (EPA, 1999). 
Tabla 1.2 Potencial de calentamiento global 
Gases de efecto invernadero Potencial de calentamiento 
(horizonte a 100 años) 
Bióxido de carbono (CO2) 1 
Metano (CH4) 21 
Óxido nitroso (N2O) 310 
HFC-125 2800 
HFC-143a 3800 
HFC-236fa 6300 
Perfluorometano (CF4) 6500 
Perfluorobutano (C4F10) 7000 
Perfluorohexano (C6F14) 7400 
Perfluoroetano (C2F6) 9200 
HFC-23 11700 
Hexafluoruro de azufre (SF6) 23900 
Fuente: Segundo informe de evaluación, PICC (Panel Intergubernamental sobre 
Cambio Climático). 
 
La EPA (Environmental Protection Agency, Agencia de Protección Ambiental de 
Estados Unidos) regula solo el dióxido de nitrógeno (NO2) porque es la forma más 
predominante de NOx en la atmosfera de origen antropogénico. El NO2 no es solo un 
contaminante importante del aire por sí solo, sino que también reacciona en la 
atmosfera para formar ozono O3 (smog fotoquímico) y lluvia ácida (EPA, 1999). 
 
 
 
6 
 
1.1.1 FORMACION DE LOS NOx. 
 
I. NOx TERMICOS 
 
Este método de formación de NOx fue propuesto por Zeldovich e involucra la reacción 
de N2 y O2 gaseoso en condiciones de combustión. Las reacciones globales se 
presentan de la siguiente manera: 
 
 
 
 
 
 
Tanto la termodinámica y la cinética es importante en la formación de NOx: la 
concentración, temperatura y tiempo de residencia influye sobre la cantidad de NOx 
producidos. Por lo tanto, la formación de NOx puede ser limitada reduciendo la 
temperatura (<1300°C) y reduciendo el tiempo de residencia. La formación de NO 
térmico, es el mecanismo predominante por el que se producen las emisiones de NOx, 
cuando se quema combustible líquido y gaseoso. 
 
II. NOx INMEDIATOS 
 
Los NOx inmediatos son formados cuando una molécula de nitrógeno (N2) en el aire 
reacciona con los radicales libres de hidrocarburos. Los NOx inmediatos se producen 
en las regiones ricas en combustible donde es más probable que se encuentran los 
radicales libres de hidrocarburos. En general, considerablemente más NO se forma 
por fijación térmica que por la generación de NOx inmediatos. Los NOx se pueden 
reducir operando a temperaturas bajas y oxidaciones altas en las condiciones de 
combustión. 
 
III. NOx DEL COMBUSTIBLE 
Algunos combustibles pueden poseer los compuestos N-H o N-C, tal como la piridina, 
quinolina y compuestos de tipo amina. Durante el proceso de combustión estos 
compuestos orgánicos que contienen nitrógeno se descomponen en compuestos tales 
como HCN, NH3 o radicales libres tales como NH* y CN*. Todos estos compuestos 
forman últimamente NOx. Los NOx de combustibles son independientes de la 
temperatura de flama a la temperatura normal de combustión y es insensible a la 
naturaleza del compuesto orgánico de nitrógeno. 
 
7 
 
La cantidad de NOx de combustible formado, dependerá de la cantidad de compuestos 
que contienen nitrógeno en el combustible original. El contenido de nitrógeno del gas 
natural y los productos petrolíferos ligeros es despreciable <0.1%, los aceites 
típicamente contienen 0.1% a 0.5%, los crudos de petróleo oscila alrededor de 0.1% a 
0.5%, mientras que el combustóleo contiene < 1%. El carbón abarca una gama de 
contenidos de 0.5% a 2%. De este modo es lógico pensar que la formación de NOx del 
combustible predomine en el carbón y los petróleos brutos. 
Durante la combustión, una fracción de este nitrógeno contenido en el combustible es 
liberado y es convertido en la zona de llama en óxidos de nitrógeno y/o N2. La 
cantidad de NO formado depende de: 
 El nitrógeno contenido en el combustible. 
 Las características del combustible. 
 La concentración de nitrógeno del combustible, liberada en la zona de llama. 
 Los parámetros de la combustión (especialmente el exceso de O2). 
Cuando las condiciones de reacción se desarrollan con altos excesos de oxígeno, 
predominará la formación de NOx. Bajo condiciones ricas en combustible o cuando el 
contenido de nitrógeno del combustible es muy alto, las reacciones que producen 
nitrógeno molecular predominan, resultando un porcentaje de conversión de NO 
menor. Esto es debido a que el NO reacciona con algunos radicales, 
descomponiéndose en nitrógeno molecular. Este mecanismo se puede utilizar para 
reducir la formación de NOx mediante los procesos de inyección de aire y combustible 
en etapas. 
Los NOx de combustible típicamente están en los intervalos de 20% a 50% del total de 
las emisiones de NOx, en función de las condiciones de combustión. Los NOx de 
combustible pueden ser limitados, disminuyendo la concentración de nitrógeno en el 
combustible o por el funcionamiento del quemador en condiciones ricas en 
combustible. 
En la tabla 1.3 se muestran los mecanismos y factores principales que afectan la 
formación de NOx térmicos, de combustible e inmediatos. 
 
 
 
 
 
8 
 
Tabla 1.3 Mecanismo de formación de los NOx 
Óxidos de 
nitrógeno 
Lugar de 
formación 
Mecanismo/reacción Factores principales que afectan a 
la formación del NO 
 
NOx 
Térmico 
 
Llama 
zona de 
pre-reacción 
 Exceso de O2 
 
 
 Exceso de combustible 
 
 Concentración de átomos de O2 
atómico. 
 Tiempo de residencia. 
 Temperatura ≥ 1300°C. 
NOx 
Combustible 
Llama Sobre compuestos de 
carbono. 
 Concentración de O2. 
 Tiempo de residencia. 
NOx 
Inmediatos 
 
Llama 
 
 
 
 Concentración de átomos de O2 
en la reacción de combustión. 
 Exceso de aire. 
 
1.1.2 PRINCIPALES FUENTES GENERADORAS DE NOx 
 
El INEM (Inventario Nacional de Emisiones de México) reporta las emisiones generadas 
de NOx por cinco tipos específicos de fuentes de emisión, estas son: 
 Fuentes fijas: Son los establecimientos industriales estacionarios, regulados 
por la SEMARNAT. Incluyen a las industrias del petróleo, petroquímica y 
química (incluyendo plásticos), producción de pinturas y esmaltes, metalúrgica 
y siderúrgica, automotriz, celulosa y papel, cemento y cal, vidrio, alimentos, 
bebidas, textil, madera, generación de energía eléctrica, residuos peligrosos, 
hospitales y producción de asfalto. 
 
 Fuentes de área: Son los pequeños establecimientos industriales que no se 
clasifican como fuentes fijas. Incluyen la combustión industrial, comercial, 
agrícola y doméstica, incendios forestales y en construcciones, quemas 
agrícolas, asados al carbón y terminales de autobuses. 
 
 Fuentes móviles: Corresponden a las emisiones del escape de los vehículos 
automotores que circulan por carreteras y calles pavimentadas, incluidos 
automóviles particulares, motocicletas, taxis, microbuses, autobuses y 
camiones de carga pesada que utilizan ya sea diesel o gasolina. 
 
 Fuentes móviles que no circulan por carretera: son todo el equipo automotor 
o portátil cuya operación en caminos públicos está prohibida. Incluyen 
aviación, equipo básico en aeropuertos, embarcaciones marinas, locomotoras 
de arrastre, maquinaria agrícola y de construcción. 
 
9 
 
 Fuentes naturales: Son aquellas que emiten contaminantes atmosféricos que 
no provienen directamente de actividades humanas. Las fuentes naturales se 
definen como biogénicas o geogénicas. Las fuentes biogénicas incluyen las 
emisiones producidas por la vegetación y la actividad microbiana del suelo. 
Las fuentes geogénicas incluyen los volcanes, geiseres, manantiales de aguas 
sulfurosas y emanaciones de aceite que suelen registrarse en ambientes 
marinos.En la figura 1.1 se muestran las principales fuentes generadoras de NOx. Dichos 
porcentajes corresponden al año 2008. 
 
 
Figura 1.1 Fuentes Generadoras de NOx, 2008. SEMARNAT (sinea) 
 
1.1.3 EMISIONES NACIONALES DE NOx 
 
Los antecedentes de los inventarios de emisiones en México se remontan al año 1988 
cuando se implementó el Sistema Nacional del Inventario de Emisiones de Fuentes 
Fijas, así como el estudio encaminado a cuantificar las emisiones en la Zona 
Metropolitana del Valle de México (ZMVM). 
En el año 2006 se publicó el primer Inventario Nacional de Emisiones que incluye 
información del año 1999 desagregada por fuente de emisión de contaminantes y para 
todos los estados y municipios del país. En el año 2011 se realizó la segunda 
Fuentes de área 
9% 
Fuentes fijas 
11% 
Fuentes móviles 
46% 
Fuentes 
Naturales 
34% 
Fuentes Generadoras de NOx, 2008 
 
10 
 
actualización al inventario nacional de emisiones con datos del 2005. En el año 2012 
se publicó el más reciente INEM con datos del 2008 el cual presenta la estimación de 
las emisiones de contaminantes por fuente, por estado y municipio. 
De acuerdo con el INEM, en 2008 se emitieron alrededor de 58.7 millones de 
toneladas de contaminantes, de los cuales, 21% fueron emitidos por fuentes naturales 
y 79% por fuentes antropogénicas. 
 
 
Figura 1.2 Emisiones de NOx en México (1999-2008), Inventario nacional de emisiones de 
contaminantes atmosféricos, SEMARNAT (SINEA). 
 
Considerando las emisiones de fuentes naturales y antropogénicas, las cinco entidades 
federativas que emitieron una mayor cantidad de NOx fueron Veracruz, Nuevo León, 
Jalisco, Baja California y Michoacán. Sus contribuciones a la emisión total nacional 
oscilaron entre el 5.7% y 8.4% en contraste con Colima, Baja California Sur, 
Querétaro, Aguascalientes y Tlaxcala que emitieron cada uno menos de uno por ciento 
del total nacional. 
Cuando se analiza la emisión de contaminantes per cápita se observa que a nivel 
nacional, en el año 2005, cada habitante emitió en promedio alrededor de 0.68 
toneladas. Si sólo se consideran las emisiones de fuentes naturales, la cifra es de 0.15 
toneladas por habitante, mientras que las emisiones estrictamente antropogénicas 
fueron de 0.53. La emisión per cápita total por municipio y delegación política, 
0 
0.5 
1 
1.5 
2 
2.5 
3 
3.5 
4 
4.5 
5 
1999 2005 2008 
Em
is
ió
n
 (
m
ill
o
n
e
s 
d
e
 t
o
n
e
la
d
as
/a
ñ
o
) 
Año 
EMISIONES DE NOx EN MEXICO 1999-2008 
Fuentes naturales 
Fuentes móviles 
Fuentes fijas 
Fuentes de área 
 
11 
 
muestra que en 89% de los municipios generaron entre 0.01 y 2 toneladas de 
contaminantes antropogénicos en 2005. 
Con respecto a las emisiones totales por municipio y contaminante, en el caso de los 
NOx, alrededor del 58% de las emisiones de NOx fueron generadas por tan sólo el 7% 
de los municipios. Entre estos últimos, destacan los municipios de Nava (Coahuila), 
Monterrey (Nuevo León), Tijuana y Mexicali (ambos en Baja California), Carmen 
(Campeche) y Toluca (México) con emisiones de entre 50 y 108 mil toneladas. 
 
 
Figura 1.3 Emisión de contaminantes por entidad federativa, 2008. SEMARNAT (SINEA) 
0 100 200 300 400 500 
Veracruz 
Jalisco 
Michoacan 
Coahuila 
Tamaulipas 
Distrito Federal 
Chiapas 
Guanajuato 
Campeche 
Durango 
Zacatecas 
Hidalgo 
Yucatan 
Morelos 
Baja california sur 
Aguascalientes 
Emision (miles de toneladas) 
En
ti
d
ad
 F
e
d
e
ra
ti
va
 
Emisión de contaminantes por entidad federativa, 2008 
Fuentes antropogenicas 
Fuentes naturales 
 
12 
 
Con el fin de hacer más comprensible el nivel de contaminación del aire, en México se 
ha usado un índice conocido como IMECA (Índice Metropolitano de la Calidad del 
Aire), que consiste en una transformación de las concentraciones del contaminante a 
un número adimensional. En la escala utilizada por el IMECA, los valores están 
determinados en múltiplos de 50 IMECA. 
Con base en los valores del IMECA, las autoridades pueden declarar una contingencia 
ambiental. Esta se refiere a una situación eventual y transitoria en la que la 
concentración de contaminantes en la atmósfera alcanza niveles dañinos a la salud de 
la población en general. Algunas de las ciudades y zonas industriales que cuentan con 
programas de contingencias ambientales por contaminación atmosférica son el Valle 
de México, Guadalajara, Monterrey y Salamanca. 
La difusión del IMECA se realiza por medio de colores y calificativos sobre la calidad 
del aire, de acuerdo con el grado de riesgo que represente para la salud humana 
(Tabla 1.4). 
Tabla 1.4 Interpretación del Imeca 
Imeca Condición Efectos a la salud 
0-50 Buena Adecuada para llevar a cabo actividades al aire libre. 
51-100 Regular Posibles molestias en niños, adultos mayores y personas con 
enfermedades. 
101-150 
Mala 
Causante de efectos adversos a la salud de la población, en 
particular los niños y los adultos mayores con enfermedades 
cardiovasculares o respiratorias como el asma. 
151-200 
Muy mala 
Causante de mayores efectos adversos a la salud de la población 
en general, en particular los niños y los adultos mayores con 
enfermedades cardiovasculares o respiratorias como el asma. 
 200 
Extremadamente 
mala 
Causante de efectos adversos a la salud de la población en 
general. Se pueden presentar complicaciones graves en los niños 
y los adultos mayores con enfermedades cardiovasculares o 
respiratorias como el asma. 
Fuente: 
GDF. Sistema de monitoreo atmosférico de la ciudad de México. IMECA. 2011. Disponible: 
www.calidadaire.df.gob.mx/calidadaire/index.php?opcion=2opcioninfoproductos=22. Fecha de 
consulta: septiembre de 2013. 
 
Tabla 1.4 Índice IMECA. 2011. GDF. Sistema de monitoreo atmosférico de la ciudad de 
México. 
 
 
 
 
13 
 
1.1.4 PROBLEMAS A LA SALUD ASOCIADOS A LA PRESENCIA DE NOx 
 
Como contaminante atmosférico, el NO2 puede correlacionarse con varios síntomas: 
 
 Una exposición breve al NO2 puede provocar irritación del sistema respiratorio y 
ocular. A largo plazo, los principales efectos pueden ser un desarrollo pulmonar 
más lento en los niños y la aparición de enfermedades respiratorias crónicas y 
cerebro- vasculares. En concentraciones de corta duración superiores a 200 ppm, 
es un gas tóxico que causa una importante inflamación de las vías respiratorias. 
 
 Los niveles bajos de óxidos de nitrógeno en el aire pueden irritar los ojos, la nariz, 
la garganta, los pulmones, y posiblemente causar tos y una sensación de falta de 
aliento, cansancio y náusea. La exposición a bajos niveles también puede producir 
acumulación de líquido en los pulmones 1 o 2 días luego de la exposición. Respirar 
altos niveles de óxidos de nitrógeno puede rápidamente producir quemaduras, 
espasmos y dilatación de los tejidos en la garganta y las vías respiratorias 
superiores, reduciendo la oxigenación de los tejidos del cuerpo, produciendo 
acumulación de líquido en los pulmones y la muerte. 
 
Actualmente aún no se confirma si la exposición a los óxidos de nitrógeno puede 
afectar la reproducción en seres humanos. 
 
1.1.5 LEGISLACIÓN EN MATERIA DE CONTAMINACIÓN DE AIRE PARA NOx 
 
Desde el punto de vista de protección de la salud, el dióxido de nitrógeno (NO2) es el 
único que tiene valores límite para exposiciones de larga y corta duración. La estrecha 
relación del monóxido de nitrógeno (NO) con el proceso de formación de NO2 hace 
que también tenga su importancia en la evaluación y gestión de la calidad del aire. 
Para el caso de México, con fecha 11 de noviembre de 1993, en cumplimiento de los 
previsto en el artículo 46 de la ley federal sobre metrología y normalización, la 
secretaria de salud pública la Norma Oficial Mexicana NOM-023-SSA1-1993, en 
materia de salud ambiental para evaluar la calidad del aire con respecto al bióxido de 
nitrógeno (NO2). Se establece que la concentraciónde bióxido de nitrógeno no debe de 
rebasar el límite máximo normado de 0.21 ppm, en una hora una vez al año, como 
protección a la salud de la población susceptible. 
Para el caso de Europa, el Real decreto 102/2011 relativo a la mejora de la calidad del 
aire, y la directiva europea 50/2008/CE establece los valores límite de protección de 
la salud, vigentes desde enero de 2010. 
 
14 
 
Tabla 1.5 Valores límite para exposiciones de larga y corta duración de NOx 
 Periodo de promedio Valor limite 
Valor límite horario 1 hora 0.106 ppm de NO2 
Valor límite anual 1 año 0.021 ppm de NO2 
 
 
El valor guía actual de la OMS de 0.021 ppm, media anual, establecida para proteger al 
público de los efectos del NO2 gaseoso en la salud. El fundamento de esto es que, 
debido a que la mayoría de los métodos de reducción de la concentración son 
específicos para los NOx, no están concebidos para controlar otros contaminantes que 
los acompañan, pudiendo incluso aumentar sus emisiones. Sin embargo, si se vigila el 
NO2 como marcador de mezclas complejas de la contaminación derivada de la 
combustión, se debería utilizar un valor guía anual más bajo (OMS, 2000). 
 
El Plan Nacional de Desarrollo 1989–1994, señala que la contaminación atmosférica 
ha sido producto del proceso de la industrialización, así como de las grandes 
concentraciones urbanas, primordialmente por la emisión de humos, polvos y gases 
provenientes de fuentes móviles y fijas. Para prevenir, restablecer y mantener la 
calidad de aire, se realizarán acciones para reducir la emisión de contaminantes. 
 
La Ley General del Equilibrio Ecológico y la Protección al Ambiente y su Reglamento 
en materia de prevención y control de la contaminación de la atmósfera, señalan que 
la calidad del aire debe ser satisfactoria en todos los asentamientos humanos y 
regiones del país, y que la Secretaría de Desarrollo Social, expedirá, en coordinación 
con la Secretaría de Salud en lo referente a la salud humana, las normas oficiales 
mexicanas correspondientes, especificando los niveles permisibles de emisión e 
inmisión por contaminante y por fuente de contaminación. 
 
El Programa Nacional para la Protección del Medio Ambiente 1990–1994 dicta que en 
materia de Protección al Ambiente se cuente con los conocimientos científicos y 
técnicos que permitan incorporar en los procesos productivos, tecnologías que 
reduzcan al mínimo el impacto sobre el medio ambiente, así como definir e incluir 
criterios ecológicos para regular y optimizar las actividades productivas. 
 
La SEMARNAT a emitido las normas que se listan a continuación para el monitoreo y 
control ambiental de las emisiones de NOx (ver tabla 1.6). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
15 
 
Tabla 1.6 Normatividad para fuentes fijas 
Norma Oficial Mexicana Concepto 
NOM-023-SSA1-1993 Salud ambiental (calidad del aire con respecto al 
NO2. 
NOM-098-SEMARNAT-2002 Protección ambiental (incineración de residuos-
límites máximos de emisiones). 
 
NOM-085-SEMARNAT-1994 
Humos, partículas suspendidas totales, óxidos de 
azufre y óxidos de nitrógeno en fuentes fijas que 
utilizan combustibles fósiles. 
NOM-CCAM-004-ECOL-1993 Métodos de medición para determinar la 
concentración de NO2. 
 
NOM-041-SEMARNAT-2006 
Límites máximos permisibles de contaminantes 
atmosféricos provenientes del escape de vehículos 
automotores que utilizan gasolina. 
 
 
NOM-044-SEMARNAT-2006 
Límites máximos permisibles de contaminantes 
atmosféricos provenientes del escape de vehículos 
automotores que usan diesel que se utilizan para la 
propulsión de vehículos con peso bruto mayor de 
3,857 kilogramos. 
NOM-097-ECOL-1995 Límites máximos permisibles de NOx en los 
procesos de fabricación de vidrio. 
 
NOM-042-SEMARNAT-2003 
Límites máximos permisibles de contaminantes 
atmosféricos provenientes del escape de vehículos 
automotores cuyo peso bruto vehicular no exceda 
los 3,857 kilogramos. 
 
 
 
NOM-076-SEMARNAT-2012 
Límites máximos permisibles de emisión de 
hidrocarburos no quemados, monóxido de carbono 
y óxidos de nitrógeno provenientes del escape, así 
como de hidrocarburos que se utilizaron para la 
propulsión de vehículos automotores nuevos en 
planta con peso bruto vehicular mayor de 3,857 
kilogramos. 
 
 
1.1.6 PROCESOS DE TRATAMIENTO DE NOx 
 
La tecnología de reducción y control de NOx es un asunto relativamente complejo. En 
la tabla 1.7 se muestra las tecnologías de prevención de la contaminación y de control 
de los NOx, presentando primeramente los principios que son utilizados, las 
tecnologías y estrategias más importantes para la prevención de la contaminación y el 
control de las emisiones. 
 
 
16 
 
Tabla 1.7 Métodos de control de NOx 
Principio o método de 
reducción o de control 
de emisiones 
Tecnologías exitosas Método de prevención de 
la contaminación (P2) o 
tecnología de adición (A) 
 
 
 
1. Reducir la 
temperatura 
 
Recirculación del gas de chimenea (RGC) 
Requemado del gas natural 
Quemadores de bajo NOx (QBN) 
Optimización de la combustión 
Quemadores fuera de servicio (QFS) 
Menos exceso de aire (MEA) 
Inyectar agua o vapor 
Aire de sobrefuego (ASF) 
Escalonificación del aire 
Reducción del precalentamiento del aire 
Combustión catalítica 
P2 
P2 
P2 
P2 
P2 
P2 
P2 
P2 
P2 
P2 
P2 
2. Reducir el tiempo de 
residencia 
Inyectar aire 
Inyectar combustible 
Inyectar vapor 
P2 
P2 
P2 
 
3. Reducción Química 
de los NOx 
Requemado de combustible (RC) 
Quemadores de bajo NOx (QBN) 
Reducción catalítica selectiva (RCS) 
Reducción no catalítica selectiva (RNCS) 
P2 
P2 
A 
A 
4. Oxidación de los 
NOx con Absorción 
Subsecuente 
Reactor de plasma no térmico 
Inyectar oxidante 
A 
A 
5. Remoción de 
Nitrógeno 
Oxígeno en vez de aire 
Combustible ultra bajo en nitrógeno 
P2 
P2 
6. Utilizando un 
adsorbente 
Adsorbente en cámaras de combustión 
Adsorbente en ductos 
A 
A 
7. Combinaciones de 
estos Métodos 
Todos los productos comerciales P2 y A 
 
Las tecnologías de reducción de NOx existentes se dividen en dos categorías, 
aplicaciones para combustión externa (por ejemplo, calderas, hornos y calentones de 
proceso) y aplicaciones para combustión interna (por ejemplo, motores y turbinas 
estacionarias de combustión interna). Estas categorías están subdivididas todavía en 
tecnologías para la prevención de la contaminación, que reducen la generación de 
NOx, y tecnologías de control de adición las cuales reducen las emisiones de NOx (ver 
tabla 1.8 y 1.9). 
 
 
 
17 
 
Tabla 1.8 Tecnologías para limitar los NOx de combustión externa 
Técnica Descripción Ventajas Desventajas Impactos Aplicabilidad Eficiencia 
Menos Exceso de Aire 
(MEA) 
Reduce la 
disponibilidad del 
oxígeno 
 
Modificación fácil 
 
Baja reducción de NOx 
CO alto 
Longitud de la llama 
Estabilidad de la llama 
 
Todos los 
combustibles 
 
50-70% 
No Estequiométrico: 
a. Quemadores Fuera 
de Servicio (QFS) 
b. Aire de Sobrefuego 
(ASF) 
 
Combustión 
escalonificada 
 
Bajo costo 
Sin costo capital 
para QFS 
 
a. Mayor flujo de aire 
para el CO 
b. Alto costo de capital 
Longitud de la llama 
Capacidad del 
extractor 
Presión de colector 
Todos los 
combustibles 
Quemadores múltiples 
para QFS 
 
 
50-70% 
 
Quemador de bajo 
NOx 
(QBN) 
 
Combustión interna 
escenificada 
Costo de operación 
bajo 
Compatible con RGC 
 
Costo capital 
moderadamente alto 
Longitud de la llama 
Capacidad del 
extractor 
Estabilidad de 
turndown 
 
 
Todos los 
combustibles 
 
 
50-70% 
 
 
Re-circulación del Gas 
de Chimenea (RGC) 
 
<30% del gas de 
chimenea re-circulado 
con aire, disminuyendo 
la temperatura 
 
Alto potencial de 
reducción de NOx para 
combustibles bajos en 
nitrógeno 
Costo capital y costo de 
operación 
moderadamente 
altos 
Afecta la transferencia 
de calor y las 
presiones del sistema 
Capacidad del 
extractorPresión del horno 
Caída en la presión del 
quemador 
Estabilidad de 
turndown 
 
 
Todos los 
Combustibles 
Combustibles bajos en 
nitrógeno 
 
 
 
50-70% 
 
Inyección de 
Agua/Vapor 
 
Reduce la temperatura 
de la flama 
Costo de capital 
moderado 
Reducción de NOx 
similar a RGC 
Penalidad en la 
eficiencia 
Potencia más alta del 
abanico 
Estabilidad de la llama 
Penalidad en la 
eficiencia 
Todos los 
combustibles 
Combustibles bajos en 
Nitrógeno 
 
 
50-70% 
Reducción en el 
precalentamiento del 
aire 
Aire no precalentado, 
reduce la temperatura 
de la llama 
 
Alto potencial de 
reducción de NOx 
Pérdida significante en 
eficiencia (1% por 
40(F) 
Capacidad del 
extractor 
Penalidad en la 
eficiencia 
Todos los 
combustibles como 
Combustibles bajos en 
Nitrógeno 
 
 
50-70% 
 
 
Escalonificación del 
Aire 
 
 
Admitir aire en etapas 
separadas 
 
 
Reduce la temperatura 
de combustión pico 
 
Extiende la combustión 
a un tiempo de 
residencia más largo a 
temperatura más baja 
Añade ductos y 
reguladores 
para controlar el aire 
Modificación del 
horno 
 
 
 
Todos los 
combustibles 
 
 
50-70% 
 
18 
 
 
Tabla 1.8 Tecnologías para limitar los NOx de combustión externa (continuación) 
Técnica Descripción Ventajas Desventajas Impactos Aplicabilidad Eficiencia 
 
Escalonificación del 
Combustible 
 
Admitir combustible 
en etapas separadas 
 
Reduce la temperatura 
de combustión pico 
Extiende la combustión 
a un tiempo de 
residencia más largo a 
temperatura más baja 
 
Añade inyectores de 
combustible en 
otras ubicaciones 
Modificación del horno 
 
Todos los 
combustibles 
 
 
50-70% 
 
 
 
Reducción Catalítica 
Selectiva (RCS) 
(tecnología de adición) 
 
 
Catalizador localizado 
en el flujo del aire, 
promueve la reacción 
entre el amoníaco y el 
NOx 
 
 
 
 
Alta remoción de NOx 
Costo de capital muy 
alto 
Alto costo de operación 
Ubicación del 
catalizador 
Aumento en la caída de 
presión 
Puede requerir 
enjuague con agua 
 
Requisitos de 
espacio 
Deslizamiento 
del amoníaco 
Residuos tóxicos 
Desecho 
 
 
 
Todos los 
combustibles 
 
 
 
 
80-90% 
 
Reducción No 
Catalítica Selectiva 
(RNCS) 
(tecnología de adición) 
a. urea 
b. amoníaco 
 
 
 
Inyectar reactivo para 
reaccionar con NOx 
 
a. Bajo costo de 
capital 
Remoción moderada 
de NOx 
Sustancia química no 
tóxica 
b. Bajo costo de 
operación 
Remoción moderada 
de NOx 
 
 
a. Dependiente de la 
temperatura 
Menor reducción de 
NOx a cargas más bajas 
b. Costo de capital 
moderadamente alto 
Almacenaje, manejo, 
sistema de inyección 
del amoníaco 
 
a. Geometría 
del horno 
Perfil de la 
temperatura 
b. Geometría 
del horno 
Perfil de la 
temperatura 
 
 
 
Todos los 
combustibles 
 
 
 
 
 
80-90% 
 
Re-quemado de 
Combustible 
Inyectar combustible 
para reaccionar con 
NOx 
Costo moderado 
Remoción moderada 
de NOx 
 
Extiende el tiempo de 
residencia 
Perfil de la temperatura 
del horno 
Todos los combustibles 
(sólido pulverizado) 
 
70-90% 
Optimización de la 
Combustión 
Cambiar la eficiencia 
de la combustión 
primaria 
Costo mínimo Extiende el tiempo de 
residencia 
Perfil de la 
temperatura del 
horno 
Gas 
Combustibles 
líquidos 
 
50-70% 
 
 
 
19 
 
Tabla 1.8 Tecnologías para limitar los NOx de combustión externa (continuación) 
Técnica Descripción Ventajas Desventajas Impactos Aplicabilidad Eficiencia 
 
Combustión 
Catalítica 
El catalizador causa 
combustión a 
temperatura más baja 
Los NOx más bajos 
posibles 
Costo de capital muy 
Alto. Alto costo de 
operación. Ubicación del 
Catalizador 
Requisitos de 
espacio 
Desecho 
Gas 
Combustibles 
líquidos 
 
50-70% 
 
Plasma No Térmico 
El agente reductor es 
oxidado o se crea 
oxidante en el flujo 
Costo moderado 
Fácil ubicación 
Alta remoción de NOx 
Posibilidad de viciado 
Posibilidad de emisión 
de ozono 
Utiliza energía 
eléctrica 
Todos los 
combustibles 
 
80-95% 
Inyectar Oxidante Oxidante químico 
inyectado en el flujo 
Costo moderado Remoción de ácido 
Nítrico 
 
Tecnología de 
adición 
Todos los 
combustibles 
60-80% 
Oxígeno en vez de 
Aire 
Utilizar oxígeno para 
oxidar combustible 
Costo moderado a alto 
Combustión intensa 
Eliminación de NOx 
inmediatos 
Alteración del horno 
 
Equipo para 
manejar 
oxígeno 
Todos los 
combustibles 
No Existen 
Datos 
Combustible 
ultrabajo 
en nitrógeno 
Utilizar combustible 
bajo en nitrógeno 
Elimina los NOx 
combustibles 
Sin costo capital 
Aumento leve en el 
costo de operación 
Cambio 
mínimo 
Todos los 
combustibles 
ultrabajos enNOx 
No Existen 
Datos 
Use sorbentes en 
(tecnología de 
adición): 
a. Combustión 
b. Ducto a la Casa de 
Bolsas 
c. Ducto al 
Precipitador 
Electrostático 
 
 
Utilizar una sustancia 
química para absorber 
NOx o un adsorbente 
para atraparlo. 
 
 
Puede controlar otros 
contaminantes así 
como 
el NOx 
Costo de operación 
moderado 
 
 
Costo de manejo del 
aborbente 
Espacio para 
almacenamiento y 
manejo del absorbente 
 
 
 
Tecnología de 
adición 
 
 
 
Todos los 
combustibles 
 
 
 
 
60-90% 
 
Tabla 1.9 Tecnologías Para Limitar los NOx de Combustión Interna 
Prevención de Contaminación Control de Adición 
Quemadores de Bajo NOx Reducción Catalítica Selectiva (RCS) 
Inyección de Vapor/Agua Reducción No Catalítica Selectiva (RNCS) 
Combustión Catalítica Reducción Catalítica No Selectiva (RCNS) 
Relación Aire-Combustible y Tipo de Encendido Plasma No Térmico 
Carga Pre-Estratificada 
Quemado Magro 
 
20 
 
 
1.2 GENERALIDADES DEL PROCESO DE REACCIÓN CATALÍTICA SELECTIVA DE 
NOx 
La reducción catalítica selectiva (SCR por sus siglas en ingles), es el método más eficaz 
de control de las emisiones de óxidos de nitrógeno NOx de las fuentes de combustión, 
que elimina más del 90 por ciento de los NOx contenido en el gas de escape de 
combustión o proceso. 
La tecnología SCR es ampliamente utilizada en diferentes tipos de sistemas de 
combustión tales como calderas que queman carbón, turbinas de gas de ciclo simple y 
combinado, calderas de proceso, reformadores de hidrógeno, etc. Prácticamente 
cualquier gas de combustión caliente que contiene NOx puede ser tratado eficazmente 
con el proceso de SCR como adaptación o como nuevo equipo. 
El proceso de SCR se basa en la reducción química de la molécula de NOx, empleando 
un catalizador para incrementar la velocidad de la reacción de reducción. Un agente 
reductor (reactivo) es inyectado en forma controlada dentro del gas de post-
combustión. El reactivo reacciona selectivamente con el gas de combustión 
NOx (óxidos de nitrógeno) dentro de un intervalo específico de temperatura en 
presencia de un catalizador y oxígeno para reducir a los NOx en nitrógeno molecular 
(N2) y vapor de agua (H2O). 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.4 Reacción de los NOx en el catalizador 
El ingrediente activo en la mayoría de catalizadores de NOx son metales nobles (Fe, 
Cu, Ru, Rh, Pd, Ag, Re, Os, Ir, Pt, Au y Hg), también se utiliza en algunos casos (Co, Mo, 
Ce, Ga, Ni, WO3, CeO2, V2O5 etc.), principalmente soportados en (Al2O3, TiO2, SiO2, ZrO2, 
SiC, MgO, TiC, Si3N4, B4C3, HfC, WC). Para temperaturas más altas se utilizan zeolitas. 
 
 
21 
 
Los métodos catalíticos para reducir los NOx han ganado un gran interés en la última 
década. La reducción catalítica selectiva (SCR) de óxidos de nitrógeno (NOx) con 
amoniaco se mantiene entre las tecnologías de última generación para el abatimiento 
de NOx en los gases de combustión de fuentes fijas. Los catalizadores comerciales para 
la reacción anterior se basan principalmente en V2O5. Sin embargo, este tipo de 
catalizador es eficaz sólo dentro de un estrecho intervalo detemperatura de 300-400 
°C. La pérdida de vanadio y formación de N2O a altas temperaturas son peligrosos 
para el medio ambiente y para la salud humana. La alta actividad para la oxidación de 
SO2 a SO3, puede causar la corrosión de los equipos y tapar los poros de los 
catalizadores (Liang Chen et at., 2010). La reducción catalítica selectiva (SCR) de NOx 
con NH3 como reductor ha encontrado aplicación en la industria, alcanzándose altas 
conversiones (> 95%) a temperaturas razonablemente bajas. (JAZ Pieterse 2006). 
El proceso de la SCR con NH3 se basa en una reacción química muy simple que implica 
la reacción de NOx y amoníaco en presencia de oxígeno para formar nitrógeno y agua. 
Ya que la concentración de NO2 en la combustión de los gases es relativamente baja, la 
reacción dominante es la siguiente: 
 
Un número de otras reacciones, también puede tener lugar durante el SCR de NO con 
amoníaco. Algunas de estas son: 
 
 
 
La SCR, utilizando amoníaco como agente reductor, es el proceso comercial más 
utilizado para el control de las emisiones de NOx (Busca et al., 1998) e incluso se ha 
comercializado en Japón y Europa para las plantas de energía. Sin embargo, se 
prefieren los hidrocarburos en lugar de amoniaco, por razones prácticas, 
especialmente en las fuentes de automoción (Rosario Hernández-Huesca et al., 2010). 
La reducción catalítica selectiva de NO x por hidrocarburos (HC-SCR) ha atraído 
considerable interés como un método para controlar las emisiones procedentes de los 
motores operados en condiciones ricas en oxígeno (Angelidis, 2010). 
Se ha encontrado hasta ahora una serie de catalizadores que son eficaces para la 
reducción de NOx en la presencia de hidrocarburos y de exceso de oxígeno, de los 
cuales los catalizadores de Ag soportados sobre alúmina (Ag/Al 2O3) es uno de los más 
eficaces para la HC-SCR de NOx (Yunbo Yu et al., 2010). 
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894706001185
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0045653502001364#BIB5
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0045653502001364
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021951710000618
 
22 
 
JP Breen et al., (2008) proponen que la actividad del catalizador de Ag/Al2O3 para la 
reducción catalítica selectiva de NOx con hidrocarburos se puede mejorar 
drásticamente mediante la adición de pequeñas cantidades de H2. 
Las zeolitas modificadas con metales de transición y/o metales preciosos han sido 
investigadas y probadas para la HC-SCR en exceso de oxígeno. La alta actividad que se 
puede lograr con zeolitas disminuye la temperatura mínima de funcionamiento 
requerido y por lo tanto plantea menos exigencias con respecto a la estabilidad 
térmica del material (Liang Chen et at., 2010). Sin embargo, no hay una amplia 
aplicación comercial de estos catalizadores hasta la fecha debido a su insuficiente 
actividad y estabilidad en presencia de una concentración relevante de vapor de agua 
en el gas de escape (H Berndt, 2010). 
El catalizador Cu–ZSM–5 es el más estudiado para SCR de NO con hidrocarburos en 
presencia de oxígeno ( Zhang et al., 1993 ). Sin embargo, este catalizador sufre de alta 
desactivación en pruebas de motor, posiblemente debido a la presencia de agua y de 
SO2 en los efluentes gaseosos (Armor, 1994). Por esta razón, los catalizadores que 
contienen Co se han propuesto como un sistema alternativo debido a su alta actividad 
hidrotermal y catalítica en la reducción de NO por el metano (Rosario Hernández-
Huesca et al., 2010). 
Se ha demostrado recientemente que H2 y CO también pueden actuar como reductores 
eficaces para la SCR. La SCR de NO con H2 (H2–SCR) se lleva a cabo a temperaturas 
relativamente bajas. La H2–SCR es un enfoque atractivo para la eliminación eficaz de 
NOx en los gases de escape de mezcla pobre y motores diesel cuya temperatura se ha 
vuelto mucho más alta debido a la mejora de la eficiencia térmica del motor. El H2 
puede ser formado por el reformado con vapor a partir de los combustibles 
(Hidrocarburos) (Hideaki Hamada et al., 2012). 
Por otro lado la SCR de NOx con CO (CO–SCR), es más atractiva desde el punto de vista 
práctico ya que el CO está contenido generalmente en los gases de escape de los 
vehículos y puede ser producido más fácilmente por la operación del motor en 
comparación con el H2. Por otra parte, el nuevo tipo de motor de combustión interna 
recientemente desarrollado (motor de encendido homogéneo por compresión de 
carga, HCCI por sus siglas en ingles), emiten relativamente altas concentraciones de 
CO que puede ser utilizado como reductor para los NOx. (Hideaki Hamada et al., 2012). 
En la actualidad, el desarrollo de catalizadores activos a bajas temperaturas, 
resistentes al azufre, puede ser considerado como un reto importante en la 
investigación catalítica del control de la contaminación en motores diesel y 
gasolina. De una manera similar, las grandes cantidades de azufre presente en el 
combustible diesel impiden la aplicación de tecnologías de filtro de partículas. Entre 
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S092058610800240X
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0045653502001364#BIB32
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0045653502001364#BIB2
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0045653502001364
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0045653502001364
 
23 
 
las diversas formulaciones de metales nobles soportados en óxidos, los catalizadores 
de Pt/γ-Al2O3 han recibido mucha atención en lo que respecta a su durabilidad en 
presencia de SO (TN Angelidis, 2010). 
La SCR puede ser utilizada en cualquier industria, tales como la industria de la 
energía, petroquímica, acero, la producción de metal, pulpa y papel, cemento, de 
vidrio, la producción de ácido nitroso, la industria automotriz (incluidos automóviles 
particulares, motocicletas, taxis, microbuses, autobuses y camiones de carga pesada 
que utilizan ya sea diesel o gasolina) a si como la aviación, embarcaciones marinas, 
locomotoras de arrastre, maquinaria agrícola y de construcción. 
 
1.2.1 REDUCCIÓN CATALÍTICA SELECTIVA CON HIDRÓGENO (H2–SCR) 
La H2–SCR no atrajo mucha atención antes debido a la eficiencia superior del NH3 e 
hidrocarburos como agentes reductores para la SCR de NO en atmósferas ricas en 
oxígeno. Sin embargo, después de que se confirmó de que el H2 también puede actuar 
como un reductor eficaz para SCR de NO en condiciones de escasez, muchos informes 
han sido publicados con el sistema H2–SCR. La mayoría de los cuales utilizan metales 
del grupo del Pt como agente activo. En la tabla 1.10 se reporta la actividad de 
diversos catalizadores para la H2–SCR. 
Las primeras investigaciones sobre el sistema de reacción de H2–SCR se reportaron en 
1971. Jones et al. (1971) señaló que el H2 puede reaccionar preferentemente con el NO 
(independientemente de la concentración alimentada de O2), por encima del O2 en el 
sistema de reacción de (H2–NO–O2), utilizando principalmente catalizadores de Pt. Lo 
anterior sugiere la factibilidad de utilizar el sistema H2–SCR, aunque la reacción no se 
llevó a cabo en condiciones de exceso de oxígeno. 
 
 
 
 
 
24 
 
 
Tabla 1.10 Actividad de diversos catalizadores para H2–SCR 
Catalizador Condiciones de Reacción T máx. (°C) Eficiencia de reducción de NO Referencia 
NO 
(ppm) 
H2 
(%) 
O2 
 (%) 
H2O 
 (%) 
W/F (g.s.cm-3) 
o GHSV (h-1) 
 Conversión 
de NO (%) 
Selectividad 
Pt (PZ-1-168) 2760 0.9 0.91 1100 h-1 166 91 n.a. 14 
2% Pt/SDB 1000 1 3.2 3000 h-1 45 90 n.a. 15 
2% Pt/mordenita 2000 0.6 6 5 n.a 120 80 n.a. 16 
2% Pt-Mo-Na/SiO2 2000 0.06 6 5 n.a 190 36 N2/N2O=4 16 
1 % Pt/Al2O3 1000 0.4 6 0.03 g.s.cm-3 120 75 30%N2, 70%N2O 17 
1%Pt/0.27 Na/Al2O3 1000 0.4 6 0.03 g s cm-3 120 90 30%N2, 70%N2O 17 
1%Pt/Al2O3 500 0.2 6 0.03 g s cm-3 140 50 50%N2, 50%N2O 18 
1%Pt/SiO2 500 0.2 6 0.03 g s cm-3 90 75 25%N2, 75%N2O 18 
1% Pt/Al2O3 800 0.3 10 0.24 g s cm-3 80 92 40%N2, 60%N2O 19 
1% Pt/TiO2-ZrO2 800 0.3 10 0.24 g s cm-3 90 90 55%N2, 45%N2O 19 
1% Pt/SiO2 1000 0.5 6.7 0.03 g s cm-3 75 44 8%N2, 92%N2O 20 
1% Pt/SiO2-Al2O3 1000 0.5 6.7 0.03 g s cm-3 75 58 19%N2, 81%N2O 20 
1% Pt/MFI 1000 0.5 6.7 0.03 g s cm-3 75 37 45%N2, 55%N2O 20 
3% Pt/ZrO2 + H-ZSM-5 1000 1 2 0.12 g s cm-3 127 100 78%N2, 22%N2O 21 
1% Pt/(Sn0.9 Fe0.1)P2O7 1000 0.4 10 0.12 g s cm-3 140 90 45%N2, 18%NH3, 
37%N2O 
22 
1% Pt/Si-MCM-41 1000 0.5 6.7 0.03 g s cm-3 100 60 60%N2, 40%N2O 23 
1% Pt/Al-MCM-41 1000 0.5 6.7 0.03 g s cm-3 120 80 85%N2, 15%N2O 23 
1% Pt/ZSM-5 1000 0.5 6.7 0.03 g s cm-3 120 81 69%N2, 31%N2O 24 
1% Pt/CeO2 1000 0.4 10 0.3 g s cm-3 100 80 40%N2, 60%N2O 25 
0.1% Pt/La0.5 Ce0.5 MnO3 2500 1 5 5 80000 h-1 140 82 87%N2, 13%N2O 26 
 
 
25 
 
 
Tabla 1.10 Actividad de diversos catalizadores para H2–SCR (continuación) 
Catalizador Condiciones de Reacción T máx. (°C) Eficiencia de reducción de NO Referencia 
NO 
(ppm) 
H2 
(%) 
O2 
(%) 
H2O 
(%) 
W/F (g.s.cm-3) 
o GHSV (h-1) 
 Conversión 
de NO (%) 
Selectividad 
0.1% Pt/La0.7 Sr0.2Ce 0.1 
FeO3 
2500 1 5 5 80000 h-1 160 90 92%N2, 8%N2O 27 
0.1% Pt/Ce-Mg-O 2500 1 5 80000 h-1 150 94 80%N2, 20%N2O 28 
1% Pd/TiO2 1000 0.3 5 10 0.18 g s cm-3 100 51 21%N2, 79%N2O 29 
Pd/MFI 1000 0.8 2 0.02 g s cm-3 100 70 100%N2 30 
0.5% Pd/Ti-arcilla 
apilada 
500 0.3 10 0.03 g s cm-3 140 76 90%N2, 10%N2O 31 
1% Pd-5% V2O5/20% 
Ti-O2-Al2O3 
500 0.4 10 0.03 g s cm-3 150 98 92%N2, 8%N2O 32 
0.5% Pd/LaCoO3 2500 1 5 0.09 g s cm-3 150 100 78%N2, 22%N2O 33 
La0.8 Sr0.2Fe0.9Pd0.1 O3 1000 1 5 20000 h-1 130 75 n.a. 34 
1% Pd/K2O-6TiO2 1000 0.5 5 0.06 g s cm-3 164 41 76%N2, 24%N2O 35 
0.5% Ir/SiO2 1000 0.3 0.65 10 0.0267 g s cm-3 300 73 61%N2, 39%N2O 36 
0.5% Rh/SiO2 1000 0.3 0.65 10 0.0267 g s cm-3 300 53 91%N2, 9%N2O 36 
5% Ir-Li/SiO2 1000 0.6 5 6 0.0267 g s cm-3 250 65 N2/N2O=3/1 37 
5% RH-Zn/SiO2 1000 0.5 5 6 0.0267 g s cm-3 300 55 N2/N2O=6/1 38 
 
 
 
 
 
26 
 
Cordero y Tollefson (1975) también informaron de la H2–SCR de NO con H2 en 
presencia de O2 en baja concentración y alta velocidad de flujo. Probablemente, el 
primer informe para confirmar la H2-SCR en condiciones netas–oxidantes es el de Fuy 
Chuang (1989). Se informó que las conversiones de NOx estables de 60-80% se 
obtuvieron a temperaturas superiores a 55°C y en el intervalo velocidades espaciales 
de 3.000 a 10.000 h-1, para una alimentación que contiene 1000 ppm de NOx, 1 % de 
H2 y 3.2% de O2, mediante el uso de catalizadores de metales nobles apoyados en un 
copolímero de estireno-di-vinilbenceno (SDB). La actividad presentada en los metales 
nobles se encontró que era en el orden de Pt > Pd–Ru > Pd > Ru > Au. En 1994, 
Wildermann demostró que un catalizador de Pt–Mo soportado sobre Al2O3 es activo 
para la H2–SCR de NO en presencia de 8% de O2. Se confirmó que el Pt es el metal 
noble más activo para la H2–SCR, pero forma una cantidad considerable de N2O el cual 
es un producto indeseable. 
En 1997, Yokota et al., (1997) investigaron el rendimiento catalítico de los metales del 
grupo del Pt para la H2–SCR. Se informó que los metales del grupo del Pt presentaron 
mayor actividad catalítica cuando están apoyados sobre Al2O3. El Pt presentó mejor 
actividad cuando se apoyo en zeolitas, presentando el siguiente orden de actividad: 
ZSM–5 mordenita > SiO2 > Al2O3. También se encontraron altos rendimientos 
catalíticos en los catalizadores de Pt-Mo-Na/SiO2 para la H2–SCR. El efecto de Na y Mo 
se estudió más tarde por Burch y Coleman (2002). Frank et al., (1998) investigaron la 
cinética y el mecanismo de reacción para la H2–SCR con el catalizador Pt-Mo-Co/Al2O3, 
y establecieron la cinética de la reacción NO/H2/O2 usando un modelo modificado de 
Langmuir- Hinshelwood. 
Burch y Coleman (1999) examinaron sistemáticamente los metales del grupo del Pt 
(Pt, Pd, Rh e Ir) en Al2O3 y SiO2 para la SCR de NO en presencia de un gran exceso de 
O2 (500 ppm de NO, 2000 ppm de H2, 6% de O2). Los catalizadores de Pd, Rh e Ir 
resultaron ser inactivos hacia la reducción de NO mientras que el NO se redujo de 
manera efectiva sobre el catalizador Pt/Al2O3, obteniéndose conversiones del 50% a 
140°C). Con más de 1% Pt/SiO2 se obtuvieron conversiones de 75% a 90°C. Se 
observó también que el N2O se forma en grandes cantidades en comparación al N2 
formado. Además, la formación de N2O se incrementó en presencia de H2O y 
disminuyó al aumentar la temperatura. En general, el aumento de la concentración de 
NO redujo la actividad mientras que el aumento de la concentración de H2 aumentó la 
actividad para la reducción de NO. 
Después de los primeros estudios mencionados anteriormente, un gran número de 
informes se han publicado en relación con H2–SCR en catalizadores de Pt. Estos 
estudios han demostrado que los principales productos en la reacción H2–SCR son: N2, 
 
27 
 
NH3, y N2O de acuerdo a las reacciones 1.8, 1.9 y 1.10. También se ha reportado que la 
conversión de NO y la selectividad a N2 y N2O dependen en gran medida del soporte. 
 
 
 
Jin Xu et al., (2008) propusieron un mecanismo sobre la H2–SCR con Pt como especie 
activa donde propone un modelo que consta de 13 etapas de reacción. Los principales 
productos fueron: NO2, N2O, N2, NH3 y H2O. El mecanismo propuesto es el siguiente: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
28 
 
1.2.2 ESTUDIO DE CASOS REDUCCIÓN CATALÍTICA SELECTIVA 
 
TABLA1.11TIPOS DE CATALIZADORES (continuación) 
Composición Proceso de 
elaboración 
Agente 
reductor 
Técnicas de 
caracterización 
Conversión de 
NOx 
Comentarios Referencia 
 
 
 
 
 
TiO2 
Sulfatado 
 
 
 
 
 
No reportado. 
Catalizador 
comercial 
proporcionado por 
Millennium 
 
 
 
 
 
n-decano 
C10H22 con o 
sin agua 
(5%V) 
 
 
 
 
 Temperatura a 
reducción 
programada (TPR ) 
 Espectrometría de 
masas. 
 Análisis de FTIR 
 Adsorción de 
nitrógeno 
Max. Sin agua 
(150%) con agua 
(112%). 
El NO equilibrio es 
de 100% debido a 
la fuerte adsorción 
de NO sobre el 
catalizador. La 
adsorción se 
puede atribuir a 
que las especies 
NO forman 
intermedios según 
lo observado por 
el análisis FTIR 
Los materiales sulfatados se han 
explorado como candidatos 
para HC-SCR por decano con 
temperaturas de proceso > 600 
° C. La SCR de NO con 
hidrocarburos se mejora en 
soportes ácidos. La acidez 
creada por las especies de 
sulfato ha demostrado ser 
superior a otros ácidos en la 
promoción de SCR de NO. El 
componente ácido en el 
mecanismo se considera que 
desempeñan un papel en la 
oxidación de NO a NO2, así como 
en la reducción de NO2 a N2. 
 
 
 
 
 
Billy-Paul 
Mateo 
Holbrook et 
al., (2011) 
 
 
 
 
 
Au /Al2O3 
El soporte de 
alúmina se 
sintetizó por el 
método de sol-gel. 
El Au sedepositó 
por un método de 
deposición 
precipitación 
convencional o 
intercambio 
aniónico 
utilizando HAuCl4 
 
 
 
 
 
Propeno 
 
Reducción a 
temperatura 
programada, (TPR) se 
realizó de 75 a 500ºC. 
DRX. Análisis textural 
mediante un equipo 
Micromeretics ASAP 
2010. Método BJH 
 
 
 
 
 
75-80% 
 
El intercambio aniónico 
conduce a partículas de Au con 
mayor resistencia a los 
fenómenos de desactivación en 
comparación con lo 
catalizadores sintetizados a 
partir de deposición-
precipitación. 
 
 
 
DL Nguyen 
et al., 
(2012) 
 
29 
 
 
TABLA1.11 TIPOS DE CATALIZADORES (continuación) 
Composición Proceso de elaboración Agente 
reductor 
Técnicas de 
caracterización 
Conversión de NOx Comentarios Referencia 
 
 
 
 
Mn-Ce-OX/ 
TiO2– 
nanotubos 
de carbono 
 
 
 
 
El catalizador se sintetizó por 
el método de sol-gel. A partir 
de los nanotubos de carbono y 
una serie de reactivos se 
obtiene el catalizador. 
 
 
 
 
 
Amoníaco 
Reducción a 
temperatura 
programada 
(TPR). 
Difracción de 
rayos X (DRX). 
Microscopía 
electrónica de 
barrido (SEM). 
Análisis termo-
gravimétrico. 
(TGA) 
Más del 90% entre 
75 ° C y 225 ° C bajo 
una velocidad 
espacial (SV) de 
36,000 h-1. 
La eficiencia de los 
NOX se incrementó 
a 99.6% mediante la 
adición de 250 ppm 
de SO2 entre 100 ° C 
y 250 ° C. 
Catalizador eficaz en 
temperaturas bajas para 
aplicaciones de precipitación 
electrostática y 
desulfuración. 
Recientemente se encontró 
que los nanotubos de 
carbono (CNT) son 
excelentes soportes 
catalíticos basados en sus 
propiedades electrónicas y 
estructurales únicas 
 
 
 
Fan 
Xiaoyuet 
al., (2011) 
 
 
 
Pd-MOR 
RE-Pd-MOR 
Pd-Reox-
ZrO 2 
Primer catalizador: 
método de intercambio iónico 
húmedo a partir de NH4 en 
zeolita en polvo y una solución 
de nitrato de paladio 
Segundo catalizador: 
Tierras raras (RE) se añadió a 
Pd-MOR por impregnación. 
Tercer catalizador: 
Impregnación con una 
solución de nitrato de paladio. 
 
 
 
 
Metano 
(CH4) 
 
Análisis químico: 
ICP / AES; TPR y 
las técnicas de 
desorción (TPD) 
y espectroscopia 
infrarroja 
(DRIFT). 
Máxima conversión 
de NOx a 450º. 
Pd-MOR 
NOx (32%) 
CH4 (60%) 
RE-Pd-MOR 
NOx (60%) 
CH4 (95%) 
NOx (95%) 
CH4 (60%) 
La conversión, basado en el 
flujo en seco de NOx, se 
definió como: 
 
 
 
La conversión de metano es 
incompleta por debajo de 
500 ° C. 
 
 
 
Jaz Pieterse 
et at., 
(2006) 
 
Ce/WTi 
W/CeTi 
CeWTi 
CeTi 
CeW6Ti 
V2O5-
WO3/TiO2 
 
Método de impregnación 
húmeda utilizando nitrato de 
cerio, paratungsteno de 
amonio, ácido oxálico y 
Degussa AEROSIL TiO 2 P25 
 
 
 
Amoníaco 
(NH3) 
Adsorción de N2 
difracción de 
rayos X (DRX); 
Desorción a 
Temperatura 
programada 
(TPD) 
Conversión máxima 
de NOx a 300ºC 
Ce/WTi, 
W/CeTi, 
CeWTi, CeTi (99%). 
CeW6Ti 
V2O5-WO3/TiO2 
(98%) 
 
La actividad del catalizador 
CeO2/TiO2 se ve reforzada por la 
adición de tugsteno (W). 
Los resultados mostraron que el 
catalizador CeWTi adsorbe más 
especies de NOx y NH3 y al 
mismo tiempo mejoran la 
actividad de ambas especies que 
resulta en la mejora de la 
actividad SCR. 
 
 
 
Liang Chen 
et al., 
(2010) 
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1566736711001865
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1566736711001865
 
30 
 
TABLA1.11 TIPOS DE CATALIZADORES (continuación) 
Composición Proceso de elaboración Agente 
reductor 
Técnicas de 
caracterización 
Conversión de 
NOx 
Comentarios Referencia 
 
 
 
 
CeO2/Ti 
sulfatado 
 
 
 
Método de impregnación 
con óxido de cerio 
 
 
 
Propeno 
(C3H6 -SCR) 
Análisis de XPS y 
espectroscopía de 
Raman 
Cromatografía de 
gases 
Reacción a 
temperatura 
programada 
(TPR) 
Conversión 
máxima de NO-N2 
(70% a 377ºC). 
Selectividad 
máxima de N2 
(100% de 270-
475ºC) 
Cuanto mayor sea el 
contenido en sulfato en el 
catalizador, mayor será la 
actividad de NOx. 
La selectividad del N2 es mejor 
con catalizadores con bajo 
contenido de sulfatos. 
Cuanto menor sea la oxidación 
parcial del C3H6 mejor será la 
actividad de NOx 
 
 
Alexandre 
Baylet et 
al., (2010) 
 
 
 
 
Pd/alumina-
titania 
Alúmina-Titania se 
sintetizó por un método 
hidrotermal utilizando 
nitrato de aluminio, 
isopropóxido de titanio e 
isopropanol. 
El catalizador se preparó 
por impregnación 
húmeda con nitrato de 
paladio 
 
 
Hidrógeno 
H2 
 
Termogravimetría 
Microscopía 
electrónica de 
barrido (SEM). 
Difracción de 
rayos X (DRX). 
Quimisorción 
 
 
Conversión de NO 
(75%) con una 
selectividad de N2 
(68%) 
La estructura porosa después 
de la calcinación a alta 
temperatura y el tratamiento 
químico no se ve afectada. 
Alta dispersión del Pd en el 
catalizador (soporte) confiere 
una alta actividad catalítica. 
 
 
HK 
Mishraet 
al., (2008) 
 
 
 
 
Ag /Al2O3 
 
 
Impregnación de γ-
Al2O3 con una solución de 
nitrato de plata 
 
 
n –octano 
n- C8H18 
 
 
Temperatura 
programada 
(TPD) 
Conversión 
máxima de NO en 
presencia de H2 
(96% a 300ºC); sin 
H2 (24% a 300°C). 
Selectividad 
máxima de N2 con 
H2 (106% a 300ºC), 
sin H2 (100%) 
En 245, 300 y 400 ° C, la 
adición de H2 a la mezcla de 
reacción aumentó la 
conversión de NOx en un 2%. 
A temperaturas altas la 
conversión de NOx disminuye 
mientras que la selectividad 
del N2 aumenta. 
 
 
 
JP Breenet 
al., (2008) 
 
 
 
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0926337310001062
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0926337310001062
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169433208012579
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169433208012579
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S092058610800240X
 
31 
 
TABLA1.11 TIPOS DE CATALIZADORES (continuación) 
Composición Proceso de 
elaboración 
Agente 
reductor 
Técnicas de 
caracterización 
Conversión de NOx Comentarios Referencia 
 
 
 
 
 
(Pt, Ni, Cu, Mn, Fe y 
Ga) / ZrO 2 sulfatado o 
puro, Z-NI-5-SZ-10 
(catalizador soportado 
con 10% en mol de 
sulfato y 5% en peso 
de Níquel) 
La sulfatación 
del óxido de 
circonio se 
llevó a cabo 
por 
impregnación 
húmeda con 
una solución 
acuosa de 
(NH4)2SO4. 
Los 
catalizadores 
se prepararon 
por 
impregnación 
húmeda con las 
soluciones 
respectivas de 
nitrato de 
metales. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Propano 
C3H8 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fisisorción de nitrógeno; 
difracción de rayos X 
 
Conversión máxima de 
los catalizadores 
Z (9% a 500ºC) 
SZ-4 (12.5% a 550ºC) 
SZ-10 ( 20% a 500ºC) 
SZ-20 (25% a 500ºC) 
CU-1-SZ-10 
 (45% a 550ºC) 
CU-5-SZ-10 
(48% a 550ºC) 
Mn-5-SZ-10 
(20% a 450ºC) 
Fe-5-SZ-10 
 (38% a 450ºC) 
Ni-5-SZ-10 
 (28% a 450ºC) 
Cu-5-SZ-10 
 (48% a 550ºC) 
Ga-5-SZ-10 
(80% a 550ºC) 
Pt-1-SZ-10 
 (37% a 350ºC) 
 
 
A altas temperaturas se 
presentan bajos niveles 
de conversión de NOx 
para los catalizadores de 
óxido de circonio puro y 
sulfatado, mientras que 
la conversión del 
propano aumenta. 
Los catalizadores con Ga 
y Cu presentaron mayor 
área superficial, esto les 
confiere mayor actividad. 
Los catalizadores que 
favorecen la oxidación 
del propano son los 
catalizadores con Pt y Ni. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Joachim 
Paselet al., 
(2010) 
Co/α-fosfato de 
circonio con pilares 
de alúmina porosa 
(Catalizadores 
etiquetados como 
 Co- x - y 
Dónde x denota el 
porcentaje en peso de 
cobalto y y la 
temperatura de 
calcinación). 
Tratamiento 
térmico a 
600°C para 
obtener AlZrP 
posteriormente 
impregnación 
humedad con 
solución 
acuosa de 
acetato de 
cobalto 
 
 
 
 
 
Propano 
C3H8 
Espectrometría de 
absorción atómica; 
análisis térmico, 
Desorción a temperatura 
programada de amoníaco, 
cromatografía de gases, 
difracción de rayos X, 
reducción a temperatura 
programada, 
desorción a temperatura 
programada 
 
 
Máxima conversión de 
NOx a 500ºC 
Co-3-400 (7.1%) 
Co-6-400 (8.5%) 
Co-3-600 (14.3%) 
Co-6-600 (13.1%) 
Co-ex-400 (7.2%) 
 
Los procesos de 
impregnación e 
intercambio de iones 
generalmente producen 
una importante 
disminución en la área 
superficial(SBET) y la 
acidez en los 
catalizadores en 
comparación con los 
valores encontrados para 
los soportes 
 
 
 
Rosario 
Hernández-
Huescaet 
al., (2010) 
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0926337399001265
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0926337399001265
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0045653502001364
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0045653502001364
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0045653502001364
 
32 
 
TABLA1.11 TIPOS DE CATALIZADORES (continuación) 
Composición Proceso de elaboración Agente 
reductor 
Técnicas de 
caracterización 
Conversión de 
NOx 
Comentarios Referencia 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
V2O5 -
WO3/TiO2 nano 
fibras 
 
 
 
 
 
 
Impregnación asistida con 
energía ultrasónica. 
El metavanadato de amonio 
y paratungstato de amonio 
se mezclaron en una 
solución de acido oxálico y 
se agregó una cantidad 
calculada de nano TiO2 TD-
51. La pasta obtenida fue 
luego expuesto a energía 
ultrasónica durante 2 h; se 
secó durante una noche a 
110° C y se calcinó a 500° C 
durante 4; posteriormente 
se doparon los catalizadores 
con soluciones acuosas de 
NaOH, KOH, Mg(OH)2 y 
Ca(OH)2. Finalmente, los 
catalizadores se secaron a 
110 ° C durante 12 h y se 
calcinaron a 500 ° C durante 
4 h. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Amoníaco 
NH3 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Espectroscopía de 
fotoelectrones de 
rayos X (XPS); 
Desorción a 
temperatura 
programada de 
NH3; 
Reducción a 
temperatura 
programada (TPR) 
Conversión máxima 
de NOx. 
 
VWTi 
(100% a 300°C) 
 
Na 0.1-VWTi (100% 
a 350°C) 
Na 0.5-VWTi 
(85% a 350°C) 
Na 2.0-VWTi 
(15% a 500°C) 
 
K 0.1-VWTi (97% a 
400°C) 
K 0.5-VWTi 
(80% a 350°C) 
K 2.0-VWTi 
(16% a 500°C) 
 
Mg 0.1-VWTi (100% 
a 350°C) 
Mg 0.5-VWTi 
(100% a 350°C) 
Mg 2.0-VWTi 
(95% a 500°C) 
 
Ca 0.1-VWTi (100% 
a 350°C) 
Ca 0.5-VWTi 
(99% a 350°C) 
Ca 2.0-VWTi 
(50% a 500°C) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Efecto de metales alcalinos en la 
desactivación del catalizador VWTi. 
El grado del efecto de envenenamiento 
para todos los catalizadores dopados 
con metales alcalinos se puede ordenar 
de la siguiente manera: K> Na> Ca> Mg. 
El envenenamiento del metal alcalino 
aumenta proporcionalmente con la 
alcalinidad. 
La adición de cualquier metal alcalino 
no tiene un efecto importante en la 
formación de N2O (2-4ppm a T<300 °C, 
sin embargo a T (300-500°C) la 
formación de N2O aumenta 
drásticamente de 10-60 ppm. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Liang Cheng 
al., (2010) 
 
 
 
33 
 
TABLA1.11 TIPOS DE CATALIZADORES (continuación) 
Composición Proceso de elaboración Agente 
reductor 
Técnicas de 
caracterización 
Conversión 
de NOx 
Comentarios Referencia 
 
 
 
Negro de 
platino 
Compuesto puro 
Propano 
C3H8 con 
exceso de 
oxígeno 
 
Desorción a 
temperatura 
programada 
Conversión de 
NOx en un 
intervalo de 
100-500°C 
(100%) 
El negro de platino no tiene 
actividad hacia la reducción de NO 
por propano en exceso de oxígeno. 
El único efecto observado es la 
oxidación de NO a NO2; no hay 
reducción de NOx ni formación de 
N2O. 
 
 
Filip Acke, 
(2010) 
 
 
 
 
 
Pt / Al2O3 
 
 
 
Impregnación húmeda 
usando dinitrodiamina-Pt 
 
 
Propano 
C3H8 
Propeno 
C3H6 
 
 
 
Temperatura 
programada 
C3H6 da un 
máximo de 
conversión de 
NOx de 50% a 
240 ° C, en 
comparación 
con 33% a 
410 ° C para 
C3H8. 
C3H6 es mucho más reactivo que el 
C3H8; C3H6 es un reductor de NOx 
más eficaz (reacción temperatura 
más baja y la conversión de NOx es 
mayor a la del C3H8. 
La conversión del C3H6 al 100% se 
alcanza a 250°C a diferencia del 
C3H8 que es a 550°C 
 
 
 
R Burch et 
al., (2010) 
 
 
 
 
 
Fe/Zeolita 
Fe-ZSM-5 
 
 
Catalizador preparado por 
el Centro de Investigación 
de la Energía de los Países 
Bajos (ECN) (monolitos de 
cerámica recubiertos con 
un complejo de Fe-ZSM-5 
zeolita). 
 
 
 
Propano 
C3H8 
 
 
 
 
Desorción a 
temperatura 
programada 
Conversión 
máxima de 
N2O 
(100% a 
400ºC y 
GHSV = 6000 
h -1) 
(100% a 
500ºC y 
GHSV = 
12000 h -1). 
A bajas temperaturas, la velocidad 
de reacción es más lenta y el 
tiempo de reacción requerido es 
mayor. 
La conversión N2O disminuye a 
medida que aumenta SV y a medida 
que disminuye el volumen del 
reactor debido al tiempo de 
residencia y superficie de contacto 
en el reactor. 
 
 
 
E. Ruiz-
Martínezet 
al., (2005) 
 
 
 
Ag /Al2O3 
 
 
Método de impregnación 
con nitrato de plata 
Etanol 
(C2H5OH), 
Intervalo de 
temperatura 
más amplio 
(310 a 
610°C). 
No mencionada, 
solo evaluación 
del catalizador 
con el motor de 
prueba diesel 
YC4112ZLQ 
 
90% 350 y 
450 ° C con a 
una velocidad 
espacial (SV) 
= 30,000 h -1 
 
 
Se genera CO como subproducto 
por lo que se necesitan 
catalizadores adicionales 
 
 
Hongyi 
Dong et al., 
(2007) 
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0920586198000728
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0926337305002717
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0926337305002717
 
34 
 
TABLA1.11 TIPOS DE CATALIZADORES (continuación) 
Composición Proceso de 
elaboración 
Agente 
reductor 
Técnicas de 
caracterización 
Conversión de 
NOx 
Comentarios Referencia 
 
 
 
 
Ag/γ-Al2O3 
Impregnación de γ-
Al2O3 con una solución 
acuosa de plata láctica. 
Primeramente se disolvió 
Ag2O en una solución 
acuosa de ácido láctico. El 
uso de un exceso de ácido 
láctico permitió la 
distribución homogénea 
de Ag metal sobre el 
soporte de alúmina. 
 
 
 
Propano 
C3H8 
Propeno 
C3H6 
 
 
 
Microscopía 
electrónica de 
barrido (SEM). 
Área superficial 
(BET). 
 
 
 
Conversión 
máxima de NOx 
HC-NOx-O2 (40% 
a 480ºC) 
HC-NOx-SO2-O2 
(60% a 520ºC) 
 
 
La conversión de NOx aumenta en 
presencia de azufre pero la actividad 
comienza a temperaturas más altas, a 
diferencia cuando no se tiene azufre en la 
alimentación de gas de escape el efecto es 
inverso. 
 
 
TN 
Angelidis, 
(2010) 
 
 
 
 
 
 
 
In/WZr 
In/ZrO2 
 
 
 
 
In/WZr (Método de 
impregnación con oxi-
hidróxido de zirconio, 
solución acuosa de 
paratungstato de amonio 
y solución acuosa de 
nitrato de indio). 
In/ZrO2 (calcinación 
directa de oxi-hidróxido 
de circonio e 
impregnación solución 
acuosa de nitrato de 
indio). 
 
 
 
 
 
 
 
 
Metano 
(CH4) 
 
 
 
 
 
 
Reducción a 
temperatura 
Programada (TPR). 
DRIFTS in situ, 
espectros., 
Espectro infrarrojo 
de adsorción de 
piridina (Py-IR) 
Conversión máx. 
de NOx GHSV = 
12.000 h -1 
In/WZr (70% a 
430°C) 
In/ZrO2 (18% a 
600°C) 
Conversión máx. 
de NOx sin y con 
presencia de 
agua 
GHSV = 24.000 
h -1 
In/WZr (40% a 
450°C, con H2O 
18% a 500°C) 
CeIn/WZr (90% 
a 450°C, con H2O 
50% a 500°C) 
 
 
SiO2 existe o no, la actividad catalítica de In 
/WZr se ha mejorado en gran medida por 
la sustitución de NO a NO2. El tiempo 
máximo de NOx para alcanzar la 
conversión se incrementó de 14% (NA + 
CH4) a 90% (NO2 + CH4) sin O2 y de 70% 
(NO + O2 + CH4) a 91% (NO2 + O2 + CH4) 
con 10% de O2, respectivamente. Los 
resultados indicaron que el NO2 fue más 
activo que el NO. La función de O2 es 
inducir la conversión de NO a NO2 
aumentando la conversión de los NOx. 
 
Debido a que la oxidación de NO a NO2es 
difícil, la adición de óxidos de metal (CeO2, 
Al2O3 puede mejorar en gran medida la 
actividad catalítica aumentando la 
oxidación de NO a NO2. 
La mayor actividad catalítica de In / WZR 
que en / ZrO2 podría ser atribuido a la 
existencia de sitios ácidos de Brønsted en 
el soporte de tungstato 
 
 
 
 
 
 
 
 
Guohua 
Jing et al., 
(2009) 
 
 
 
35 
 
TABLA1.11 TIPOS DE CATALIZADORES (continuación) 
Composición Proceso de elaboración Agente 
reductor 
Técnicas de 
caracterización 
Conversión de 
NOx 
Comentarios Referencia 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ag/ZSM-5 
 
 
 
 
 
 
 
 
Impregnación húmeda 
con solución de nitrato 
de plata en zeolita ZSM-
5, proporcionado por 
AlSi-Penta Zeolithe 
GmbH Schwandorf 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PropenoDifracción de 
rayos X (DRX); 
Microscopía 
electrónica de 
barrido (SEM); 
Desorción a 
temperatura 
programada de 
amoníaco 
(TPAD); 
Reducción a 
temperatura 
programada 
(TPR) 
Conversión 
máxima como 
componente 
individual 
1000 ppm de 
C3H6 
NOx (1.5-6% 
en peso de 
plata, 31% a 
350°C y 45% a 
590°C). 
N2O (1.5-6% en 
peso de Ag, 
30% a 400°C y 
56 % a 420°C. 
Conversión 
máxima 
simultanea 
1000 ppm de 
C3H6 
NOx + N2O 
(NOx 60% a 
450°C, N2O 
100% a 500°C) 
 
 
 
 
 
 
La presencia de N2O ejerce un efecto 
positivo sobre los NOx reduciendo 
simultáneamente ambos componentes 
en la SCR. El incremento en la 
conversión de N x se debe a una mayor 
activación de propeno en presencia de 
óxido nitroso debido a la formación de 
especies de hidrocarburos oxigenados, 
que son conocidos por ser más activos 
en reacciones de NOx. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Falk 
Schurichtet 
al., (2012) 
 
 
 
 
 
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1387181112004428
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1387181112004428
 
36 
 
 
TABLA1.11 TIPOS DE CATALIZADORES (continuación) 
Composición Proceso de elaboración Agente 
reductor 
Técnicas de 
caracterización 
Conversión de 
NOx 
Comentarios Referencia 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Cu/ZSM-5 
Promotor 
ZrO2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Intercambio de iones en 
fase líquida convencional, 
mediante soluciones de 
CUSO4, NH4OH y polvos de 
Zeolita ZSM-5 y ZrO2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Amoníaco 
NH3 
 
 
 
 
 
 
Microscopía 
electrónica de 
transmisión 
(SEM); 
Adsorción física de 
nitrógeno; 
Difracción de rayos 
X; 
Espectroscopía de 
fotoelectrones de 
rayos X; 
Desorción a 
temperatura 
programada; 
Reducción a 
temperatura 
programada (TPR) 
 
Conversión máxima 
de NOx 
Fe-Zeolita comercial 
(88% a 350°C). 
Cu-ZSM-5 (83% a 
325°C) 
Cu-ZSM-5-ZrO2-2.0 
(95% a 300°C) 
Cu-ZSM-5-ZrO2-4.0 
(85% a 325°C) 
Efecto hidrotérmico 
700°C por 24 hr. 
Máxima conversión. 
Cu-ZSM-5 (60% a 
425°C) 
Cu-ZSM-5-ZrO2-2.0 
(65% a 425°C) 
Cu-ZSM-5-ZrO2-4.0 
(55% a 525°C) 
Efecto hidrotérmico 
máxima conversión. 
Cu-ZSM-5 (50% a 
600°C) 
Cu-ZSM-5-ZrO2-2.0 
(60% a 600°C) 
Cu-ZSM-5-ZrO2-4.0 
(53% a 600°C) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Mejoramiento de la actividad a baja 
temperatura. 
Los resultados mostraron que la 
conversión de NOx del Cu-ZSM-5-
ZrO2 (2% en peso) del catalizador se ha 
mejorado en un 10-20% en 
comparación con la de la Cu-ZSM-5 o 
catalizador de Fe-zeolita en el intervalo 
de temperatura de 200-300 ° C, 
mediante la mejora de la acidez del 
catalizador SCR. El Cu-ZSM-5-
ZrO 2 catalizador (2% en peso) fue el 
más resistente contra el 
envejecimiento hidrotérmico, 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Choong-Kil 
Seo et al., 
(2012) 
 
 
 
37 
 
1.2.3 ESTUDIO DE CASOS, TIPO DE SOPORTES 
Tabla 1.12 Tipos de soporte 
Composición Proceso 
elaboración 
Densidad Permeabilidad Porosidad Resistencia a la 
compresión 
Comentarios Aplicación Referencia 
 
 
 
 
 
Alúmina 
 
 
 
 
Polimerización 
in situ, 
pirólisis a 
450° C 2 h; 
sinterizado a 
1650°C 2 h 
 
 
 
 
0.125, 0.147, 
0.158, 0.121, 
0.115 g/cm3 
(teórica, 
3.987g/cm3) 
 
 
 
 
 
92.7, 91.4, 
90.7, 93, 
93.3 % 
 
 
 
 
(vel: 0.5 
mm/min), 
alúmina: 260 
Mpa. 0.4-0.85 
MPa 
La resistencia a 
la compresión 
aumenta con el 
incremento de 
la fracción 
vacía, 
(volumen 
vacío) 
volumen. Baja 
resistencia a la 
compresión 
por mala 
sinterización. 
Diámetro de 
150 micras 
 
 
 
 
 
Filtración rápida 
de metales; 
catálisis 
 
 
 
 
 
Peng et al., 
(2000) 
 
 
 
Alúmina 
 
Gelcasting y 
aireación de la 
suspensión. 
Sinterización a 
1575° C 
 
 
0.4-0.57 
g/cm3 
 
 
 
ND 
 
 
 
89.9-85.7% 
 
 
(vel: 0.5 
mm/min) 4.01-
8.18 MPa 
D teórica 3.98 
g/cm3 
alúmina. 
Contracción 
sinterizado 13-
14%. 357-77 
micras celda 
Varias 
aplicaciones 
debido a su alta 
porosidad, 
permeabilidad, 
resistencia 
mecánica y 
resistencia al 
choque térmico 
 
 
 
Potoczek, 
(2008) 
 
 
Alúmina 
 
Gelcasting ; 
sinterizado a 
1400° C 
 
 
1.1 g/cm3 
2.32 
 
 
ND 
 
 
71 y 40% 
 
(vel: 0.5 
mm/min) 170 
y 16 MPa 
D teórica 3.96; 
poro 260 y 80 
micras. Módulo 
de Weibull 
Filtración, 
tratamiento de 
agua, catálisis, 
generación de 
energía, 
construcción 
 
Meille et 
al., (2012) 
 
 
38 
 
 
Tabla 1.12 Tipos de soporte (continuación) 
Composición Proceso 
elaboración 
Densidad Permeabilidad Porosidad Resistencia a la 
compresión 
Comentarios Aplicación Referencia 
 
 
 
 
SiC 
 
Pirólisis de la 
madera en 
atmósfera de Ar 
a 1000°C; 
filtración de Si al 
vacío a 1550° C 
 
 
 
Teórica, 
3.21; 1.1 
g/cm3 
 
 
 
 
ND 
 
 
 
 
ND 
1150, 1250, 
1350° C, 69, 80, 
26 MPa para pino 
blanco y 204, 237 
y 241 para íno 
Flanders 
(resistencia 
axial). 3600 M, 
2700 y 1800 MPa 
para SiC. 
La plantilla fue 
madera de pino. 
Se considera 
que el cerámico 
está constituido 
por SiC y restos 
de Si. 
Aplicaciones de 
alta 
temperatura y 
donde la forma 
y resistencia 
sean 
significativas 
 
 
Varela-
Feria et al., 
(2002) 
 
 
 
 
SiC 
 
 
Replicado, 
esponja de 
poliuretano, 
resina de silicón 
(impregnación); 
pirólisis a 1400° 
C en Ar 
 
 
 
 
 
ND 
 
 
 
 
 
ND 
 
 
 
 
 
ND 
 
 
 
 
 
ND 
Medición del 
área superficial 
por método BET 
(hasta 45 m2/g). 
Estudio de IR: 
2930-2850 cm-1 
C-H; 1680-1620 
cm-1 C=C; 1120-
1030 cm-1 
(débiles) Si-O; 
690-890cm-1 Si-
C 
Filtros, 
aplicaciones de 
alta 
temperatura, 
sensores, 
intercambiador 
de calor, 
electrodos, 
soportes de 
catalizadores 
 
 
 
 
Pan et al., 
2012 
 
 
SiC 
 
CVD; pirólisis de 
una espuma de 
poliuretano 
 
 
ND 
 
 
ND 
 
 
ND 
 
 
ND 
Evaluaron la 
resistencia a 
diferentes 
tiempos y a alta 
T 
Filtros, 
catálisis, 
aplicaciones de 
alta T y 
construcciones 
ligeras. 
 
resas et al., 
(2009) 
 
 
 
39 
 
Tabla 1.12 Tipos de soporte (continuación) 
Composición Proceso 
elaboración 
Densidad Permeabilidad Porosidad Resistencia a la 
compresión 
Comentarios Aplicación Referencia 
 
 
 
 
 
Ti 
 
 
 
Técnica de 
Ecoporo, 
silanización y 
recubrimiento 
con 
fibronectina 
 
 
 
 
 
ND 
 
 
 
 
 
ND 
 
 
 
 
 
59,4% 
 
 
 
 
 
ND 
Modificación 
superficial de 
Titanio poroso. 
Diámetro 
medio de poro 
de 129,8 lm. 
Rango de 
frecuencia se 
recomienda 
para el 
crecimiento 
óseo (100 a 
400 
lm) 
 
 
 
 
 
Injertos óseos 
 
 
 
 
 
H. J. Erlil et. 
al., (2003) 
 
 
 
 
 
 
 
TiC/C 
 
 
Infiltración de 
carbono 
pirolizado de 
madera con 
tetrabutil 
titanato. Se 
sinteriza 
posteriormente 
a 1400 ° C 
hasta producir 
la estructura 
de cerámica 
final. 
 
 
 
 
 
 
ND 
 
 
 
 
 
 
ND 
Durante la 
conversión de 
madera en 
carbono su 
porosidad 
también 
aumentó del 
64,4% al 
80,3%. 
Durante la 
conversión del 
carbono en 
forma previa 
morfo-genética 
su porosidad 
también 
disminuyó de 
80,3% a 
76,5%. 
 
 
 
 
 
 
ND 
 
 
 
 
En el proceso 
de síntesis, la 
variación de la 
distribución 
del tamaño de 
poros está 
principalmente 
en el intervalo 
de 0.1 a 1 ml. 
 
 
 
 
 
 
 
 
No propuesta 
 
 
 
 
 
 
 
Binghe un 
sol et. al., 
(2003) 
 
40 
 
 
1.3 GENERALIDADES DE LOS CERÁMICOS CELULARES 
 
Los materiales cerámicos celulares han despertado, en los últimos años, un interés 
creciente para su uso en un gran número de aplicaciones tecnológicas e industriales. 
Los motivos de este interés están estrechamente ligados a dos características 
inherentes a este tipo de materiales: el carácter refractario de la matriz cerámica y el 
tipo de micro estructura porosa que poseen. 
La palabra “celda” tiene su raíz en el latín, cella: pequeño compartimiento, espacio 
cerrado. Están celdas pueden agruparse dando lugar a lo que los romanos 
denominaban cellaruim y nosotros, sólidos celulares. Se entiende por solido celular 
una red o conjunto de celdas (o polígonos) con caras y/o ejes unidas entre sí 
formando una estructura bidimensional o tridimensional. Este tipo de materialesno 
es nuevo, está presente de manera muy amplia en la naturaleza. Entre los ejemplos 
más significativos destaca la madera, compuesta de celulosa, que etimológicamente 
procede del latín cellula: lleno de pequeñas celdas. Otros materiales celulares que 
aparecen constantemente en la naturaleza son el corcho, las esponjas y los corales. 
Las buenas cualidades de estos materiales han quedado reflejadas en su amplio 
espectro de usos a lo largo de la historia. Ya los egipcios utilizaron hace al menos 5000 
años máquinas realizadas con diferentes maderas para hacer sus pirámides. En el caso 
del corcho, ya se utilizaba en tiempos de la civilización romana para hacer los tapones 
de las vasijas de vino (Horacio, 27 a.C.). 
Más recientemente, el hombre ha aprendido a fabricar sus propios sólidos celulares a 
medida. Como nivel básico de materiales celulares artificiales, encontramos los 
materiales en forma de panal de abeja, que están compuestos de celdas prismáticas 
bidimensionales en paralelo y que son ampliamente usados en componentes 
estructurales de bajo peso. Más cotidianas a la vez que más avanzadas, aunque más 
complejas geométricamente, son las espumas poliméricas usadas intensivamente con 
todo tipo de propósitos: desde fabricar tazas de café desechables hasta rellenar 
estructuras para la absorción de energía. Las técnicas actuales para espumar 
materiales no se aplican únicamente a polímeros, sino que también se contempla su 
aplicación en materiales metálicos, cerámicos y vítreos. Por supuesto, estos últimos 
son más actuales que los poliméricos y su uso se está extendiendo rápidamente en 
muchos ámbitos estructurales: aislamiento, acolchamiento y sistemas para la 
absorción de energía cinética en caso de impacto. 
 
41 
 
Los materiales celulares son sumamente porosos, lo que se refleja en la densidad 
relativa, definida como: 
 
Donde: 
 Ρ es la densidad del material celular. 
 Ρs es la densidad del material sólido (macizo) del que está hecho el material 
celular. 
Esta variable hace referencia a la cantidad de espacio vacío existente en la estructura 
celular, pero no da ningún tipo de información acerca de la geometría de dicha 
estructura celular. Cuanto mayor sea la densidad relativa del material, las paredes de 
las celdas serán más gruesas y los huecos, por el contrario, serán más reducidos. 
Los materiales celulares pueden presentar densidades relativas del orden de 0.001 en 
espumas de ultra baja densidad y hasta valores de entre 0.15 y 0.4 para maderas. Un 
verdadero sólido celular presenta densidades relativas inferiores a 0.3. 
 
1.3.1 CLASIFICACIÓN DE CERÁMICOS CELULARES 
 
Estrictamente hablando, un sólido celular está formado por una red interconectada de 
barras o láminas que forman los ejes o las caras de las celdas. La clasificación de los 
sólidos celulares vendrá dada por la geometría de la celda. (Ver figura 1.5) 
 
Atendiendo a la repetición o reproducción de una geometría a lo largo del sólido 
celular, se habla de materiales celulares homogéneos o de materiales celulares no 
homogéneos. Debido a la complejidad del proceso de obtención de la espuma, el 
control sobre el tamaño y forma de las celdas es limitado, lo que hace que la mayoría 
de los materiales celulares sean heterogéneos. 
 
 
 
Figura 1.5 Clasificación de cerámicos celulares 
 
42 
 
Si, por el contrario, tenemos en cuenta la morfología de la celda, nos encontraremos 
con dos grandes grupos: 
1. Sólidos celulares planos formados por una disposición de celdas 
bidimensionales: 
 
Como se observa en la Figura 1.6, estas celdas están abiertas por sus extremos 
hacia las superficies del panel que forman, como las celdas hexagonales de los 
panales de abejas. Este tipo de sólidos celulares son muy utilizados en el núcleo 
de estructuras tipo sándwich. 
 
Figura 1.6 Sólidos celulares bidimensionales: (a) panal de abeja natural y (b) panal de abeja 
de manufactura humana. 
 
2. Sólidos celulares con una disposición tridimensional 
 
Presentan celdas poliédricas agrupadas formando una estructura análoga a la 
de una esponja o de una espuma, de ahí su nombre. Existe cierta imprecisión en 
la mayoría de los textos especializados ya que muchos no remarcan las 
diferencias entre los materiales a los que se refieren ambas denominaciones. 
Este tipo de sólido celular es mucho más habitual que el bidimensional. 
 
2.1 Si además el material del que se compone sólo está presente en los ejes de 
las celdas, es decir, existe conexión entre celdas adyacentes, estaremos ante 
una esponja o sólido celular tridimensional de celda abierta (Figura 1.7 (a)). 
 
2.2 Si el material además de formar los ejes de las celdas, forma parte de las 
caras de dichas celdas, es decir, no hay conexión entre celdas adyacentes, se 
 
43 
 
denominará espuma o sólido tridimensional de celda cerrada (Figura 1.7 
(b)). 
 
2.3 Hay esponjas de celda parcialmente cerrada (Figuras 1.7 (c), (d) y (e)) y 
espumas de celda parcialmente abierta (Figuras 1.7 (f), (g) y (h)). 
 
 
 
Figura 1.7 Sólidos tridimensionales celulares: (a) poliuretano de celda abierta; (b) 
polietileno de celda cerrada; (c) níquel, (d) cobre, (e) zircónio de celdas parcialmente 
cerradas, (f) mulita, (g) vidrio, (h) espumas de poliéster de celdas parcialmente abiertas. 
 
 
 
44 
 
1.3.2 PROPIEDADES DE LOS CERÁMICOS CELULARES 
Los sólidos celulares (cerámicos, polímeros y metales) tienen propiedades que 
dependen tanto de la topología como del material que está hecho. De las tres clases, 
las espumas de polímeros son las más ampliamente investigadas, mientras que los 
cerámicos celulares son los menos caracterizados (Scheffler y Colombo, 2005). 
Los principios que influyen en las propiedades celulares son comunes en las tres 
clases. Los tres factores dominantes son: 
 Las propiedades del sólido del que está hecha la espuma o el sólido celular. 
 La topología (conectividad) y la forma de las celdas. 
 La densidad relativa ρ/ρs. 
Los sólidos celulares poseen propiedades que pueden medirse a través de los mismos 
métodos que se usan para los sólidos densos. El amplio rango que abarcan las 
propiedades de estos materiales los hace aptos para cumplir funciones que los sólidos 
densos o convencionales no son capaces de cumplir 
La figura 1.8 muestra el rango de cuatro propiedades: la densidad, la conductividad 
térmica, el modulo de Young y la resistencia a la compresión. La barra azul muestra el 
rango que abarca la propiedad para los sólidos convencionales. La barra roja muestra 
el rango posible para espumas, este enorme rango en las propiedades crea 
aplicaciones para espumas que no pueden satisfacer los sólidos convencionales. 
Las bajas densidades en estos materiales permiten el diseño de componentes ligeros y 
rígidos tales como paneles, grandes estructuras portátiles y todo de componentes con 
flotabilidad. La baja conductividad térmica permite un aislamiento térmico seguro y 
económico. La baja rigidez hace a las espumas ideales para un amplio rango de 
aplicaciones de amortiguamiento. La baja rigidez y la gran deformación en 
comprensión hacen a las espumas atractivas para aplicaciones de adsorción de 
energía. 
 
 
45 
 
 
Figura 1.8. Rango de propiedades disponibles (Gibson y Ashby, 1999), a) Densidad, b) 
Conductividad Térmica, c) Modulo de Young, d) Resistencia. 
 
 
 
 
46 
 
1.3.3 MÉTODOS DE PRODUCCIÓN DE CERÁMICOS CELULARES. 
El proceso de fabricación de los materiales celulares puede ser muy basto ya que un 
solo proceso no es lo suficientemente flexible para su fabricación. Esto ha conducido a 
una gran variedad de rutas siendo desarrolladas y patentadas en muchos países. Los 
métodos de producción pueden ser divididos en tres categorías. 
1. Replicación de espumas de polímeros: mediante la aplicación de una 
suspensión cerámica a una matriz polimérica de celda abierta. Esta suspensiónse seca en el lugar de la plantilla de polímero, siendo esta quemada y la 
cerámica sinterizada. Este tipo de proceso da lugar a materiales de celdas muy 
abiertas que debido a la quema de polímero deja huecos puntuales que 
reducen las propiedades mecánicas de la espuma final. 
 
2. Formación de espumas por agitación mecánica o desprendimiento de 
gases: este enfoque produce probablemente la más amplia gama de 
estructuras celulares y sus propiedades. Son generalmente estructuras menos 
abiertas que las espumas por replicación. Aunque se considera una gran gama 
de aplicaciones, muchas están en proceso de desarrollo todavía. 
Este método consiste básicamente en dispersar un gas en forma de burbujas en una 
suspensión cerámica. Hay dos enfoques básicos para lograr esto. 
 Incorporar un gas externo mediante la formación de espuma mecánicamente, 
la inyección de una corriente de gas o la aplicación de un aerosol. 
 Evolución o desprendimiento de gas. 
 
3. Incorporación de aditivos de sacrificio: aditivos volátiles o combustibles que 
se pierden durante la cocción pueden ser incorporados en la cerámica. Un 
enfoque particular para la formación de cerámicas porosas utiliza almidón 
como aglutinante y formador de poros. Otro material orgánico que se utiliza 
para la formación de espumas es la clara de huevo. 
 
 
 
 
 
 
47 
 
CAPÍTULO 2 
DESARROLLO EXPERIMENTAL 
En el presente capítulo se describen los métodos utilizados para la preparación de los 
soportes de arcilla-lodo y la impregnación de Ag y Pt sobre ellos, así como su 
respectiva caracterización. En el siguiente diagrama se presenta en forma general las 
actividades realizadas. 
 
 
 
Figura 2.1 Diagrama general de actividades 
 
2.6 Selectividad 
2.5 Actividad Catalítica 
2.4.4 Temperatura a Reducción Programada 
2.4.3 Microscopía Electronica de Barrido 
2.4.2 Difracción de rayos X 
2.4.1 Área superficial 
2.4 Caracterización de catalizadores 
2.3 Preparación de catalizadores 
2.2 Preparación del soporte arcilla-lodo 
2.1 Acondicionamiento de arcilla-lodo 
 
48 
 
2.1 ACONDICIONAMIENTO DE LA ARCILLA-LODO 
El lodo utilizado para la elaboración de productos cerámicos se extrajo de los sistemas 
de almacenamiento de lodos denominados ¨tarquinas¨ de la planta potabilizadora ¨Los 
Berros¨. El proceso de acondicionamiento del lodo consistió en el secado durante 15 
días expuesto a los rayos del sol, una vez seco se procedió a la molienda y tamizado. 
La arcilla se extrajo de los campos de cultivo del municipio de San Andrés Chiautla, 
zona oriente del estado de México, con coordenadas 98° 34’ 21.12” latitud norte y 98° 
53’ 34.85” longitud este. El acondicionamiento de la arcilla consistió en el secado 
colocándola al sol por un lapso de 5 días, después se molió y tamizo. 
La molienda del lodo y la arcilla se realizó en las instalaciones de los laboratorios de la 
carrera de Ingeniería Química Metalúrgica, ubicados en el edificio D de la Facultad de 
Química. Primeramente las partículas de mayor tamaño se pasaron por una 
trituradora de minerales y después se pasaron por un pulverizador marca McCool 
Pulverizar 6 ½ F donde se controló el tamaño de partícula mediante la perilla que 
abre y cierra los discos internos de molienda. 
El tamizado se llevó a cabo utilizando una serie de tamices con tamaños de apertura 
de acuerdo a la ASTM para llegar a la granulometría requerida. La agitación de los 
tamices se hizo en un equipo ROTAP Modelo: RX-29; colocando no más de 100 
gramos por tamizado por un tiempo de 10 minutos de agitación. Los tamices 
utilizados fueron los siguientes: 
 Malla No. 30, diámetro de apertura de 600μm. 
 Malla No. 40, diámetro de apertura de 420μm. 
 Malla No. 45, diámetro de apertura de 355μm. 
 Malla No. 50, diámetro de apertura de 300μm. 
2.2 PREPARACIÓN DEL SOPORTE ARCILLA-LODO 
En un estudio realizado (Espejel, 2008) se obtuvieron mediante una serie de pruebas 
(exploratorias y de optimización), los parámetros significativos para el proceso de 
producción de cerámicos celulares. Los valores óptimos de esos parámetros se 
mencionan a continuación: 
 Temperatura de cocción, 1250°C. 
 Tamaño de grano, 420μm (tamiz No. 40). 
 Composición, 30–70% (lodo–arcilla). 
Dicho material fungirá como soporte en los catalizadores a elaborar. 
 
49 
 
Primero se realizó una mezcla de arcilla-lodo en un recipiente de plástico a una 
composición (porcentaje) de 70–30% respectivamente y se agregó agua de manera 
gradual hasta la obtención de una pasta homogénea (el mezclado de la pasta se hizo 
con una espátula de metal). Posteriormente la mezcla se colocó en moldes de acero de 
15cm x 3cm x 1cm (largo, ancho y alto). El vaciado en los moldes se hizo colocando 
una capa de pasta y presionando con la espátula para después colocar otra capa de 
lodo y ejercer de nuevo presión. Una vez lleno el molde, con la misma espátula, se 
eliminó la pasta. Por último los moldes con la pasta fueron cocidos en un horno 
eléctrico con perfil de temperatura programable (marca Nabertherm, modelo 
program controller SB) a una temperatura de 1250°C. Las propiedades del cerámico 
obtenido son las siguientes. 
 
2.3 SÍNTESIS DE CATALIZADORES 
Para la síntesis de los catalizadores se utilizó AgNO3 y H2PtCl6·(H2O)6 como 
precursores de plata y platino respectivamente. El método empleado para la 
preparación de los catalizadores fue la impregnación incipiente (IMP). 
Para la síntesis de los catalizadores, el soporte arcilla-lodo se llevó a un tamaño de 
partículas de 0.044mm mediante un proceso de pulverización y tamizado. 
Posteriormente se mezcló 5gr del soporte con la cantidad necesaria de AgNO3 o 
H2PtCl6· (H2O)6 que correspondiera a un porcentaje en peso de 2.5% de Ag o Pt 
respectivamente y un volumen de agua equivalente al volumen utilizado durante la 
determinación del tamaño de poro, obteniéndose una pasta homogénea, la cual fue 
secada en la mufla a 110°C durante un día, posteriormente se calcino el sólido bajo las 
siguientes condiciones. 1) En el transcurso de 2 horas se llevo a cabo una 
calentamiento de 30 a 500°C mediante un incremento de temperatura de 5°C por 
minuto, el cual se hizo de manera manual. 2) El sólido permaneció a 500°C durante 1 
hora y posteriormente se dejo enfriar hasta que alcanzo la temperatura ambiente. 
 
Tabla 2.1 Propiedades del soporte arcilla-lodo 70-30% 
Densidad aparente 0.597 g/cm3 
Densidad real 2.24 g/cm3 
Densidad relativa 0.266 
Resistencia a la compresión 4.588 MPa 
Volumen de poro 0.007 cm3/gr 
Tamaño de partícula 0.044mm 
 
50 
 
La cantidad de metal a depositar, la cantidad de precursor y el volumen de agua a 
emplear, se calcularon con las siguientes ecuaciones: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Donde: 
 
 
 
 
 
 
 
La cantidad requerida de precursor para preparar 5 gramos de catalizador de Ag o Pt, 
se muestra en la tabla 2.2. Estos valores fueron calculados mediante las ecuaciones 
(2.1) y (2.2). 
Tabla 2.2 Cantidad de Ag y Pt a utilizar para la técnica de impregnación 
% de Ag a aplicar 2.5 % de Pt a aplicar 2.5 
Gramos de Ag a depositar 0.123 Gramos de Pt a depositar 0.123 
Gramos de AgNO3 0.193 Gramos de H2PtCl6·x(H2O)6 0.257 
 
2.4 CARACTERIZACIÓN DE LOS CATALIZADORES 
Los catalizadores obtenidos fueron caracterizados por varias técnicas como: Área 
superficial (BET), difracción de rayos X (DRX), microscopia electrónica de barrido 
(MEB), reducción a temperatura programada (TPR) y actividad catalítica. A 
continuación se detallan las siguientes técnicaspara su mejor compresión. 
 
 
 
 
51 
 
2.4.1 ÁREA SUPERFICIAL (BET) 
La forma más común de calcular el área superficial de un sólido a partir de la isoterma 
de adsorción de gases mediante la cual se obtiene a su vez el valor de la mono capa a 
partir de la ecuación de Brunauer, Emmett y Teller (BET). La superficie del sólido se 
considera como una distribución de lugares de adsorción en equilibrio dinámico con 
el absorbible, donde la velocidad de condensación de las moléculas sobre lugares 
vacios iguala la velocidad de evaporación de las moléculas en lugares ocupados. La 
ecuación que describe este estado es la siguiente: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Donde: 
 
 
 
 
 
 
El método de flujo es ampliamente utilizado, este consiste principalmente en dos 
pasos. La primero consiste en introducir el gas de N2 diluido por He (alrededor de 
30% concentración) a la muestra que está dentro del recipiente con nitrógeno líquido, 
midiendo el volumen de gas de N2 cuando está saturado. La segunda es para extraer la 
muestra saturada desde el recipiente con nitrógeno líquido y se mide el volumen de 
desorción de N2 (ver figura 2.2). 
La concentración de los gases diluidos se expresa como P/P0. Generalmente, el valor 
de área específica se obtiene a partir de la desorción, la cual es ampliamente utilizada 
porque tiene mejor reproducibilidad. 
 
 
 
 
 
52 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2.2Determinación de área superficial 
El área superficial de los soportes catalíticos y catalizadores se determinó en un 
equipo Belcat Basic (BEL JAPAN, INC.) (Figura 2.3) utilizando el método de un solo 
punto. El desarrollo experimental para el cálculo del área superficial fue el siguiente: 
1. Se pesaron 500 mg de muestra y se colocaron en una celda de vidrio en forma 
de U, especialmente diseñada para este tipo de experimentos. 
2. La celda con la muestra se montó al equipo en el conector del lado del 
calentador y se desgasificó la muestra a una temperatura de 200°C, con un flujo 
de 30cc/min de N2 al 30% balance1 helio durante una hora. 
3. Trascurrido este tiempo, la muestra se dejo enfriar a temperatura ambiente y 
se ajusto el flujo de N2 a 50 cc/min. 
4. Posteriormente la celda con la muestra es cambiada al conector del lado de la 
trampa y en el conector del lado del calentador se montó una celda en blanco. 
Luego, se colocó nitrógeno líquido en el recipiente Dewar hasta 
aproximadamente 2/3 del volumen y se ejecutó nuevamente el programa. 
5. Después de ejecutar nuevamente el programa, se sumergió manualmente la 
celda con la muestra en el Dewar con nitrógeno líquido (proceso de adsorción). 
6. Después de 3 minutos se desmontó la celda con la muestra y se midió la masa 
de la muestra. A continuación se introdujo el valor obtenido, en el programa y 
se calculó el área superficial. Los resultados son mostrados en una ventana. 
 
1 En adelante, los gases usados en los experimentos (H2, N2, NO y N2O), se encuentran diluidos en 
He (helio) como balance, por ejemplo: NO al 5% balance He; la composición del NO en el cilindro 
es de 5% y el diluyente que es el He esta al 95%. 
 
53 
 
 
Figura 2.3 Equipo Belcat Basic (BEL JAPAN, INC.) 
 
 
1: Lámpara de alta temperatura 10: Tapón de izquierda/derecha para 
presión. 
2: Conector para termopar para la celda 
con muestra 
11: Horno eléctrico de alta temperatura. 
3: Indicador para mostrar apertura/cierre 
del horno 
12: Conector de termopar en el horno 
eléctrico 
4: Conector del lado del calentador 13: Conector de salida del calentador del 
horno 
5: Válvula manual de 4 vías 14: Alimentación principal 
Encendido/Apagado 
6: Indicador para mostrar arriba/abajo 
del vaso Dewar 
15: Indicador de alarma 
7: Conector TRAP/BET 16: Controlador de temperatura 
8: Horno eléctrico de baja temperatura 17: Perilla de ajuste del punto cero 
9: Alarma del calentador 18: Vaso Dewar 
 
 
54 
 
2.4.2 DIFRACCIÓN DE RAYOS X 
La difracción de rayos X es una de las técnicas físicas mas aplicadas en la 
caracterización de materiales. Esta técnica permite determinar parámetros tan 
importantes como la cristalinidad, la composición de las fases cristalinas, el estado de 
agregación y el tamaño de cristal. 
Cuando el haz de rayos X incide sobre un cristal, es decir, sobre una agrupación de 
átomos periódicamente ordenados en el espacio, entre las ondas dispersadas por cada 
uno de ellos se producen fenómenos de interferencia que, para determinadas 
direcciones de incidencia, será destructivo y para otras constructivo surgiendo así el 
fenómeno de difracción. 
La información que proporciona el patrón de difracción de Rayos X, se puede ver 
como dos aspectos diferentes pero complementarios: 
 Por un lado, la geometría de las direcciones de difracción (condicionadas por el 
tamaño y forma de la celdilla elemental del cristal) nos ofrecen información 
sobre el sistema cristalino. 
 Y por otro lado la intensidad de los rayos difractados, están íntimamente 
relacionados con la naturaleza de los átomos y las posiciones que ocupan en la 
red, talque su medida constituye la información tridimensional necesaria para 
conocer la estructura interna del cristal. 
 
En general, existen tres grandes grupos de técnicas de difracción de rayos X: 
 
1. Con radiación policromática y monocristal estacionario. Se trata del método de 
Laue. 
2. Con radiación monocromática y monocristal móvil (movimiento de rotación 
total o parcial, o de precesión, alrededor de ejes convenientemente elegidos, y 
sobre película fotográfica o contador, estacionaria o móvil). Se trata de los 
métodos del cristal giratorio: principalmente de Weissenberg y de precesión. 
3. Con radiación monocromática y polvo cristalino (existen simultáneamente 
todas las posibles orientaciones en los cristalitos). Se trata del método de polvo 
o de Debye-Scherrer. 
 
La determinación de la composición mineralógica de los catalizadores de Ag y Pt se 
realizó utilizando un Difractómetro Bruker D8 Advance de geometría Bragg Brentano, 
configuración θ-θ, radiación Cu Kα. La intensidad de difracción está en función del 
ángulo 2θ, de 10-70° 2θ. El límite inferior de detección de la técnica es de 5% en peso 
para compuestos pesados. La identificación de fases cristalinas se llevó a cabo 
empleando la base de datos Powder Diffraction File (PDF-2) del International Centre 
for Diffraction Data (ICDD). 
 
 
55 
 
2.4.3 MICROSCOPÍA ELECTRÓNICA DE BARRIDO (SEM) 
La Microscopía Electrónica de Barrido (SEM), consiste en la interacción de un haz de 
electrones que barre literalmente la superficie de la muestra. Mediante un monitor se 
puede visualizar la información que hayamos seleccionado en función de los 
detectores disponibles, algunos de estos detectores son los siguientes: 
Detector de electrones secundarios (SE): es el que ofrece la típica imagen en blanco 
y negro de la topografía de la superficie examinada. Es la señal más adecuada por ser 
la de mayor resolución. 
Detector de electrones retrodispersados (BSE): ofrece una imagen de superficie 
aunque de menor resolución. Su ventaja consiste en que es sensible a las variaciones 
en el número atómico de los elementos presentes en la superficie. 
Detector de rayos X (EDS): es el que recibe los rayos X procedentes de cada uno de 
los puntos de la superficie sobre los que pasa el haz de electrones. Como la energía de 
cada rayo X es característica de cada elemento, se puede obtener información analítica 
cualitativa y cuantitativa de áreas del tamaño de la superficie. 
Detector de rayos X (WDS): similar al anterior, pero en vez de recibir y procesar la 
energía de todos los rayos X a la vez, únicamente se mide la señal que genera un solo 
elemento. Esto hace que esta técnica,aunque más lenta, sea mucho más sensible y 
precisa que la de EDS. Realmente son complementarias, pues el EDS ofrece una buena 
información de todos los elementos presentes en la superficie de la muestra y el WDS 
es capaz de resolver los picos de elementos cuyas energías de emisión estén muy 
cercanas, así como detectar concentraciones mucho más pequeñas de cualquier 
elemento y sobre todo de los ligeros. 
En general cualquier material sólido libre de aceite y agua puede ser observado en un 
SEM. El requisito fundamental es que la muestra sea conductora y si no lo es debe ser 
recubierta con una película delgada de material conductor con un grosor del orden de 
unas pocos nanómetros hasta 10nm, por ejemplo; grafito, Au, Ag, Pt, etc. 
El equipo utilizado para la caracterización de los materiales catalíticos fue un 
microscopio electrónico de barrido de campo térmico de alta resolución, modelo JEOL 
JSM-7600F. El equipo trabajó con un voltaje de aceleración de 10KV y una 
amplificación de 500 a 1000 X. 
La microscopía electrónica de barrido permitió obtener la morfología de las partículas 
de Ag y Pt así como su distribución en el soporte cerámico. 
 
 
56 
 
2.4.4 REDUCCIÓN A TEMPERATURA PROGRAMADA 
 
La Reducción a Temperatura Programada (TPR) es una técnica que mide la 
reactividad de dos o más clases de gases mediante la medición de la desorción de los 
gases (gases producidos) durante el aumento de la temperatura así como la reducción 
bajo el flujo de un gas reductor durante el aumento de la temperatura. Esta técnica se 
puede determinar mediante el volumen de consumo de gas reactivo o el volumen de 
formación de productos de reacción. En TPR las moléculas se adsorben generalmente 
por pulso, método de inyección, método volumétrico bajo el vacío o el método de flujo 
(Figura 2.4). 
 
Figura 2.4 Obtención de los espectros de TPR a partir de la desorción del gas reductor. 
En la técnica de TPR el catalizador es sometido a un aumento de la temperatura, 
mientras que una mezcla de gas reductor fluye por ella (por lo general, hidrógeno 
diluido en un gas inerte como el argón). El porcentaje de reducción se obtiene a partir 
de la medición continua y mediante el seguimiento del cambio en la composición de la 
mezcla de gas después de pasar por el reactor. 
 
Esta técnica presenta alta sensibilidad, no depende de las propiedades físicas del 
material sino de las especies que experimentan cambios en su estado de oxidación, es 
decir, de la reducibilidad de las especies a medida que aumenta linealmente la 
temperatura. La técnica de TPR permite esclarecer ciertos fenómenos importantes 
tales como: 
 
1. La interacción del metal-soporte. 
2. El efecto del pre-tratamiento sobre la reducibilidad de catalizadores. 
 
57 
 
3. El efecto de aditivos metálicos como promotores de la reducibilidad. 
 
Una consideración termodinámica es que la reducción es un proceso indispensable en 
la preparación de catalizadores metálicos, por lo que, este es un paso crítico si no se 
realiza con conocimiento del caso, debido a que el catalizador pudiera no alcanzar su 
estado óptimo de reducibilidad o sinterizar durante el proceso. 
 
El equipo utilizado en los estudios de reducción a temperatura programada es un 
equipo Belcat Basic (Bel Japan, Inc) (Figura 2.3). Como agente reductor se utilizó una 
mezcla de H2/Ar al 5% y flujos de 40cc/min. Este estudio permitió obtener un rango 
de temperaturas a las cueles el Pt y Ag se reducen en el soporte, permitiendo una 
mejor interacción entre la matriz y el agente reductor en la actividad catalítica. 
 
De manera general el experimento sigue los siguientes pasos: 
 
7. Se pesó (100mg) de muestra y se colocaron dentro de una celda en U 
especialmente diseñada para este tipo de experimentos. 
8. Se realizó un pretratamiento con una corriente de Ar (50cc/min a 20°C) 
durante tres minutos. Posteriormente se dejó estabilizar el equipo en un lapso 
de 40min. 
9. Se realizó la reducción del material con la siguientes condiciones: 
I. Gas Reductor: H2/Ar al 5% 
II. Flujo: 40cc/min 
III. Temperatura: 20 a 600°C 
IV. Rampa: 10°C/min 
10. Terminación de la corrida (Obtención del perfil TPR). 
 
 
2.5 ACTIVIDAD CATALÍTICA 
 
La actividad catalítica de los materiales sintetizados fue evaluada en las reacciones de 
reducción de óxido nitroso utilizando H2 como agente reductor. El análisis de los 
productos de reacción se realizó por cromatografía de gases en un cromatógrafo 
GOW-MAC (Instrument Company) de la serie 580 acoplado a una unidad multitareas 
RIG-100, el cual se muestra en la Figura 2.5. 
 
 
 
58 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2.5 Unidad multitareas RIG-100 
 
A: Entrada de gas al saturador Q; Interruptor de corriente al filamento TCD 
B: Salida de gas al saturador R: Interruptor de control de corriente TCD 
C: Válvula de paso reactor/BET S: Interruptor de polaridad 
D: Reactor de cuarzo T: Indicador de temperatura TCD 
E: Conexión al termopar U: Controlador de temperatura TCD 
F: Horno V: Controlador de temperatura del horno 
G: Salida de poder para el horno W: Controlador de temperatura, línea interna 
H: Entrada celda BET X: Perilla de corriente de filamento 
I: Salida celda BET Y: Perilla de ajuste a cero (línea base) 
J: Contenedor Dewar Z: Atenuación 
K: Válvula de paso reactor/BET 1: Indicador del gas acarreador 
L: Gas como carrier o reactivo 2: Indicador del gas 1 
M: Botón de activación solenoide BET 3: Indicador del gas 2 
N: Lector de corriente TCD 4: Indicador del gas 3 
O: Interruptor TCD 5: Indicador del saturador 
P: Indicador de señal de la TCD 
 
 
 
 
59 
 
La figura 2.6 muestra un esquema del montaje experimental acoplado a la unidad RIG 
100 para los experimentos de reducción a temperatura programada y actividad 
catalítica. 
 
 
 
Figura 2.6 Montaje experimental para Reducción a Temperatura Programada y 
Actividad Catalítica. 
 
Para evaluar la actividad de cada catalizador se llevó a cabo la siguiente metodología: 
 
1. Se colocó en el lecho de un reactor de vidrio aproximadamente 1cm de fibra y 
100 mg de catalizador, el cual fue activado con H2 puro aun flujo de 50 cc/min 
a 400°C por 1h, transcurrido este tiempo se introdujo He con un flujo de 10 
cc/min, por 5 minutos con la finalidad de limpiar la superficie del catalizador, 
para remover los remanentes de H2. En este paso las válvulas de la unidad 
multitareas RIG-100 deben de estar direccionadas hacia el modo reactor. 
2. Posteriormente se suministró al sistema los gases de reacción N2O y H2 
balanceados en He como disolvente en una concentración de 5-95% 
respectivamente. Se verificó que las válvulas colocadas en la parte frontal del 
RIG-100 estuvieran direccionadas hacia by pass (blanco inicial). Se calculó la 
 
60 
 
concentración inicial de los gases de reacción inyectando los gases hacia el 
cromatógrafo sin que pasara por el reactor catalítico. 
3. Una vez obtenida la concentración inicial de los gases, las válvulas del equipo 
se giraron hacia la posición del reactor, para que los gases de reacción pasaran 
a través del catalizador y así iniciar la reacción. Primeramente se realizó una 
corrida a partir de 25 a 500°C para evaluar la actividad del catalizador en este 
intervalo de temperatura, observándose que la actividad inicia a partir de los 
200°C, en base a esto las pruebas catalíticas se comenzaron a los 200°C. 
Transcurridos 5 minutos después de que los gases entraron en contacto con el 
catalizador, se llevo a cabo la primera inyección y se obtuvieron resultados 10 
minutos después. Se realizaron por lo menos 5 inyecciones a cada temperatura 
de reacción, hasta que la concentración de los reactivos permaneciera 
constante. Las temperaturas de reacción fueron las siguientes 200, 250, 300, 
350, 400, 450, 500 y 550°C, haciendo un total de 16 horas de reacción catalítica 
por cada catalizador.Para verificar que el proceso es reproducible se 
realizaron 3 reacciones por cada catalizador. 
 
Se usaron las mismas condiciones y metodologías tanto para la reacción de NO + H2, 
como para la reacción de N2O + H2 y así evaluar la actividad del catalizador. En la tabla 
2.3 se muestran las condiciones empleadas. 
 
Tabla 2.3 Condiciones generales para la actividad catalítica. 
Gas Flujo Volumétrico Concentración Rango de Temperatura 
H2 puro (diluyente) 180 ml/min -------- 200-550°C 
N2O/He o NO/He 10 ml/min 3000ppm Velocidad Espacial 
H2/He 16 ml/min 3800ppm 78,000 h-1 
 206 ml/min 
 
Para analizar los productos de reacción por cromatografía de gases se utilizó una 
columna Poropak T (6ft por 2mm, T. Separación: 105°C) para separar el N2O y una 
columna Molecular Sieve 5A (6ft por 1/8”ss, T. Separación: 35°C) para separar el H2, 
O2 y N2. La corriente del filamento se ajustó a 149 mA. 
Para convertir a moles el área bajo la curva de cada gas se utilizó el factor de 
respuesta de los gases analizados (H2, N2, N2O y NO) obtenidos a partir de las curvas 
de calibración. 
Los datos correspondientes a los factores de respuesta se muestran en la tabla 2.4. 
 
 
 
61 
 
Tabla 2.4 Factores de respuesta para transformar 
el área de los cromatógrafos a moles 
Gas Factor de respuesta (mol/área) 
H2 5x10-8 
NO 2.5x10-8 
N2O 1.1x10-9 
N2 1.6x10-9 
 
Con los datos obtenidos se calculó el porcentaje de conversión de óxido nitroso (N2O) 
y oxido nítrico (NO), mediante la ecuación (9.0): 
 
 
 
 
Donde: 
 
 
 
2.6 SELECTIVIDAD 
La selectividad de un catalizador está relacionada con el efecto orientador de la 
reacción en una dirección preferente. Esta cualidad es debida a que el catalizador abre 
nuevos caminos de reacción con menor energía de activación, los cuales desembocan 
en una mayor cantidad del producto o en nuevos productos. Un catalizador es más 
selectivo mientras da mayor cantidad del producto deseado. La selectividad se puede 
definir como la cantidad de producto constituido en función de la velocidad total de 
formación de productos. 
En la reacción: 
 
La selectividad hacia B será: 
 
 
 
 
 
 
 
62 
 
CAPÍTULO 3 
RESULTADOS EXPERIMENTALES 
 
3.1 ÁREA SUPERFICIAL (BET) 
Se consideró evaluar el potencial de utilización del cerámico celular, elaborado con 
una mezcla lodo–arcilla en polvo, como soporte de catalizadores de Ag y Pt. 
Considerando que el cerámico celular se llevo a un tamaño de partículas ASTM 325 
(45μm) y presentando una densidad real de 2.26 g/cm3, se calculo el área superficial 
del cerámico cuyo valor fue de 0.133 m2/g. El área superficial de los catalizadores se 
determino mediante la adsorción de N2 líquido. La tabla 3.1 muestra los resultados del 
área superficial así como los volúmenes de adsorción del soporte catalítico y los 
catalizadores elaborados. 
 
Tabla 3.1 Área Superficial de los catalizadores 
Catalizadores Área superficial 
(m2/g) 
Volumen de 
adsorción (cm3/g) 
Volumen de adsorción en 
la mono capa (cm3/g) 
Arcilla-lodo 0.561 0.186 0.128 
Pt/(Arcilla-lodo) 1.654 0.549 0.380 
Ag/(Arcilla-lodo) 1.780 0.591 0.409 
 
El valor experimental calculado respecto al calculado a partir del área superficial de 
partículas esféricas de 45 µm de diámetro aumentó en un 421% debido a la rugosidad 
de las partículas y a la contribución de la porosidad por efecto de la presencia de 
celdas de un tamaño de aproximadamente de 7 a 21.5 µm como se aprecia en la Figura 
3.1. En la Figura también se pueden apreciar celdas abiertas y cerradas siendo las 
primeras de menor tamaño respecto a las celdas abiertas de mayor tamaño. 
La impregnación de las fases activas de Pt y Ag generó un aumento en el área 
superficial debido a que estas fases adsorbieron el N2. Para el caso de la impregnación 
de Pt el área superficial aumentó en un 294% y para el caso de la impregnación de Ag 
ocurrió un aumento de hasta 317%. 
 
 
63 
 
 
Figura 3.1 Imagen de Microscopía Electrónica de Barrido del cerámico celular donde 
se aprecia el tamaño de las celdas. 
 
Sergio Fuentes et al., (1997) clasificaron a las arcillas como materiales porosos de 
gran área superficial ( 10m2/g). El soporte obtenido en este trabajo presenta áreas 
del orden de 0.56 m2/g valor muy inferior al antes mencionado. Esta disminución en 
el área es asociada a los cambios que sufre la arcilla debido al tratamiento térmico al 
cual es sometido. Este tratamiento térmico se resume a continuación. 
Durante el proceso de conformación del cerámico celular las arcillas se deshidratan. 
Así se elimina el agua que forma parte de la estructura cristalina de estas comenzando 
su descomposición hacia fases amorfas. Por otro lado, otros minerales como 
feldespatos de Na y Ca (albita y anortita) reaccionan con SiO2 y con la arcilla 
produciendo una fase líquida. Lo anterior se lleva a cabo a temperaturas mayores de 
1000° C. Es en el intervalo de temperatura de entre 1100-1250°C cuando la 
coexistencia de las fases sólida-líquida-gaseosa produce la espuma cerámica de una 
composición que va desde fases cristalinas hasta amorfas (Espejel et al., 2013). 
 
64 
 
3.2 DIFRACCIÓN DE RAYOS X (DRX) 
La técnica de DRX fue utilizada para determinar las fases cristalinas presentes en el 
soporte y los catalizadores. La figura 3.1 muestra los difractogramas de los 
catalizadores elaborados, así como el del soporte. El difractograma del cerámico 
celular permitió identificar las siguientes fases cristalinas: mullita (Al4+2xSi2-2xO10-x), 
albita (NaAlSi3O8) y cuarzo (SiO2). Estas fases cristalinas corresponden a compuestos 
de Si y Al identificados en el análisis químico del lodo y la arcilla utilizada en la etapa 
previa de este trabajo (Ramirez et al., 2008). Estas fases también fueron identificadas 
en los difractogramas correspondientes a la impregnación de los catalizadores de Ag y 
Pt. 
En el difractograma del cerámico-Ag se observan señales de difracción 
correspondientes a la fase activa de Ag metálica (No. PDF 89-3722). Las señales están 
ubicadas en los ángulos 2θ 38.121, 44.307, 64.456, 77.414 y 81.558. De acuerdo al 
procedimiento de la calcinación del soporte con el AgNO3 se esperarían fases de óxido 
de plata por lo que se realizó una búsqueda de señales de DRX que pudieran 
corresponder a tales óxidos. No se descarta la presencia de Ag2O3 con una máxima 
señal a 2θ 26.665 (No. PDF 77-1829) y de Ag2O con 2θ 38.396 (No. PDF 74-0878). Sin 
embargo, no fueron identificadas todas las señales de DRX de estos óxidos debido a la 
superposición de las señales y a la presencia del halo amorfo entre 14-37 2θ. Además, 
de acuerdo a Waterhouse et al., (2001), las especies de Ag2O3 se descomponen a AgO a 
temperatura ambiente. Por lo anterior se recomienda implementar otra técnica de 
caracterización para identificar en su totalidad las especies de Ag depositadas. 
 
Respecto a las especies de Pt identificadas se identificó Pt metálico (No. PDF 65-2868) 
y como en el caso de la plata, no se descarta la presencia de Pt0.4Pt3O4 (No. PDF 83-
1997) y Pt3O4 (No. PDF 75-1060). 
 
Entre los difractogramas del cerámico y del cerámico-Ag y cerámico-Pt se observó una 
disminución de las intensidades correspondientes a albita y mullita. De manera 
general se observó una mayor disminución de las señales de albita y mullita en el 
material cerámico-Ag y menos en el de Pt. A partir de esto, se podría esperar que la 
interacción química cerámico-Ag fuera mayor respecto al caso de cerámico-Pt 
encontrándose una mayor actividad catalítica para el cerámico-Pt aunque no se 
identificaron fases cristalinas de Ag-Al-Si-O. 
 
http://es.wikipedia.org/wiki/Aluminio
http://es.wikipedia.org/wiki/Siliciohttp://es.wikipedia.org/wiki/Ox%C3%ADgeno
http://es.wikipedia.org/wiki/Sodio
http://es.wikipedia.org/wiki/Sodio
http://es.wikipedia.org/wiki/Silicio
http://es.wikipedia.org/wiki/Ox%C3%ADgeno
http://es.wikipedia.org/wiki/Silicio
http://es.wikipedia.org/wiki/Silicio
 
65 
 
 
Figura 3.2Difractogramas de Rayos X del soporte (cerámico celular) y los 
catalizadores de Pt y Ag soportados. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
66 
 
3.3 MICROSCOPÍA ELECTRÓNICA DE BARRIDO (SEM) 
 
Se obtuvieron imágenes de SEM de electrones secundarios permitiendo observar la 
morfología del material cerámico celular, del cerámico-Ag y cerámico-Pt. Estos 
últimos tanto posterior a la calcinación como a la reducción con H2. En la Figura 3.3 se 
observa la morfología del cerámico celular. 
 
 
(a) (b) 
 
(c) (d) 
Figura 3.3 Imágenes de SEM del material cerámico celular. 
 
En la figura 3.3 a y b se observa la presencia de celdas abiertas así como de celdas 
cerradas en el material cerámico celular. La presencia de celdas abiertas garantiza que 
el material cerámico celular sea permeable por lo que se puede utilizar en forma de 
monolito para realizar pruebas catalíticas de reducción de NOx. De acuerdo a la Figura 
3.3 (c) se observan cristales que sobresalen de la pared del material cerámico celular 
posiblemente conformados por la fase amorfa que se identificó en DRX. En la Figura 
3.3 (d) se observan cristalitos en formas de agujas de tamaño nanométrico que, de 
acuerdo a este hábito cristalino y al estudio de Nour y Awad (2008) y de Yan et al., 
(2011) corresponden a cristales de mullita. 
 
67 
 
 
En el presente trabajo se utilizó el cerámico celular en polvo como soporte de los 
catalizadores. Teniendo esto en cuenta, a continuación se presentan las imágenes de 
MEB que corresponden al polvo del cerámico celular. 
 
 
(a) (b) 
Figura 3.4 Imágenes SEM del material cerámico celular el polvo. a) 500 aumentos y, 
b) 1000 aumentos. 
 
Como se puede apreciar se observan diferentes tamaños de partículas. Lo anterior se 
debe considerar en el cálculo del área superficial. Por otro lado, es interesante 
determinar que la variabilidad del tamaño de partículas, debido a la heterogénea 
distribución de las fases cristalinas en la parte amorfa. Es decir, se crean defectos 
estructurales por lo que la dureza disminuye. 
 
A continuación se muestran las imágenes de SEM correspondientes a los catalizadores 
cerámico-Ag y cerámico-Pt. Las partículas de color blanco que sobresalen en las 
imágenes corresponden a las partículas de Ag y Pt soportadas en el material cerámico. 
 
 
 
68 
 
 
(a) (b) 
 
(c) (d) 
 
(e) (f) 
 
(g) (h) 
Figura 3.5 Imágenes SEM. Las figuras 3.5 a, b, c y d corresponden al material 
cerámico-Ag. Las figuras 3.5 e, f, g y h corresponden al cerámico-Pt. 
 
69 
 
Las anteriores figuras muestran una zona representativa del catalizador de 
Ag/cerámico y Pt/cerámico. En ambos casos se aprecia una distribución heterogénea 
de las partículas lo que puede provocar diferentes actividades catalíticas debido a las 
distintas interacciones entre las especies de Ag y Pt y el material cerámico. Tanto en el 
catalizador de Pt/cerámico así como el de Ag/cerámico, se observan partículas 
compactas de caras lisas que presentan una morfología heterogénea y tamaños de 
partículas entre 5-30μm. 
 
 
3.4 REDUCCIÓN A TEMPERATURA PROGRAMADA 
Los perfiles de reducción a temperatura programa de los catalizadores de Ag y Pt 
calcinados a 500°C se muestran en la figura 3.6. 
 
Figura 3.6Perfiles de reducción a temperatura programada 
 
 
 
70 
 
La tabla 3.2 resume las temperaturas de los máximos de reducción, obtenidos de los 
perfiles de temperatura a reducción programa para los catalizadores sintetizados por 
el método de impregnación. 
 
Tabla 3.2 Temperaturas de reducción máximas de los catalizadores 
elaborados. 
Catalizador Pico I T máx. (ºC) Pico II T máx. (ºC) Pico III T máx. (ºC) 
Ag/Cerámico 260 530 ----- 
Pt/Cerámico 170 300 435 
 
El perfil del cerámico-Ag presentó dos zonas de reducción: la primera a 260°C, y la 
segunda a 530°C. Lo anterior corresponde posiblemente a las especies de Ag2O y 
Ag2O3 identificadas mediante DRX. Musi et al., (2009) atribuyen a la señal de 250°C a 
la reducción de Ag2O por lo que la señal a 260°C en el catalizador cerámico-Ag podría 
corresponder a la reducción de este óxido. Waterhouse et al., (2001) mencionan que 
las especies de Ag2O3 se descomponen hacia AgO por lo que la señal de desorción a 
530°C puede atribuirse a esta especie o a la reducción del soporte (cerámico celular). 
 
El perfil cerámico-Pt presentó tres señales de reducción cuyos máximos se sitúan a 
170, 300 y 435°C, respectivamente. El primero de ellos es asignado a la reducción de 
partículas aisladas de Pt+4 a Pt metálico (Pitchonet al., 1999). De acuerdo a Huang et 
al., (2003), la especie PtO2 se reduce con H2 aproximadamente a los 107°C por lo que 
esta señal también puede ser asignada a la reducción de esta especie, PtO2. La señal a 
300° C se puede asignar a la reducción de Pt-cerámico celular. Esta señal corresponde 
a una especie de Pt-Al2O4 posiblemente de la mullita. Lo anterior confirma lo 
observado en los resultados de DRX en los cuales se observó una disminución de las 
señales de mullita específicamente en el difractograma del cerámico-Pt. Esta 
disminución de la intensidad de las señales de DRX ocurrió en el plano cristalino (20) 
y (210). 
 
3.5 ACTIVIDAD CATALÍTICA 
La actividad catalítica total de los catalizadores fue determinada siguiendo el consumo 
de óxido nitroso (N2O) y óxido nítrico (NO) en función de la temperatura, usando 
como agente reductor al H2. Esto proporcionó información acerca de la habilidad del 
catalizador para transformar el N2O y NO. Por otro lado el estudio de los productos a 
la salida del reactor permitió evaluar la selectividad del catalizador. 
 
 
 
71 
 
3.5.1 REACCIÓN MODELO N2O + H2 
El porcentaje de conversión de N2O en función de la temperatura de reacción para una 
relacionar molar NO/H2=0.6 en los catalizadores de Pt y Ag soportados en el cerámico, 
se muestran en la figura 3.7. La conversión máxima obtenida a 550°C para el 
catalizador de Pt y Ag fue de 80 y 51% respectivamente. 
En el catalizador de Pt se observa que a 200°C ya se tiene actividad la que generó una 
conversión del 6% (N2O). La mayor actividad del catalizador se presentó en un 
intervalo de temperatura de 250 a 400°C, contribuyendo al 50% de la conversión total 
del N2O. En el catalizador de Ag la mayor actividad se presenta en el intervalo de 
temperatura de 450 – 550°C contribuyendo al 29% de la conversión total del N2O 
En la figura 3.7, también se pueden observar los perfiles de actividad para el agente 
reductor (H2). La conversión máxima obtenida para el catalizador de Pt y Ag fue de 54 
y 35% respectivamente. Esto se debe a que se tiene un exceso del H2 y por lo tanto no 
reacciona todo el H2 para formar productos. 
 
Figura 3.7Actividad catalítica de los catalizadores en la reacción modelo N2O + H2 
 
 
72 
 
3.5.2 REACCIÓN MODELO NO + H2 
El porcentaje de conversión de NO en función de la temperatura de reacción para una 
relacionar molar NO/H2=0.6 en los catalizadores de Pt y Ag soportados en el cerámico 
se muestran en la figura 3.8. Se observa que los catalizadores no alcanzaron el 100% 
de conversión. La conversión máxima obtenida a 550°C para el catalizador de Pt y Ag 
fue de 82 y 22% respectivamente. 
El catalizador de Pt presentó actividad a 200°C actividad con una conversión de 9% de 
NO. El perfil de conversión del NO tiene un comportamiento lineal, por lo cual la 
conversión es gradual durante la actividad catalítica. 
En el catalizador de Ag la mayor actividad se presentó en un intervalo de temperatura 
de 300 a 450°C contribuyendo al 15% de la conversión total del NO 
En la figura 3.8, se observan los perfiles de actividad parael agente reductor (H2). La 
conversión máxima obtenida para el catalizador de Pt y Ag fue de 85 y 10% 
respectivamente. En esta reacción el H2 presentó mayor conversión que en la reacción 
del N2O + H2. Lo anterior es indicio de que se está formando mayores cantidades de 
H2O y por consiguiente se requiere mayores cantidades de H2 para formarlo. 
 
Figura 3.8Actividad catalítica de los catalizadores en la reacción modelo NO + H2 
 
73 
 
Como se observa en la figura 3.7 y 3.8 los catalizadores que presentaron mayor 
actividad catalítica fueron los de Pt siendo para las conversiones de N2O y NO 
similares y aproximadamente entre un 80 y 85%. Los catalizadores de Pt presentaron 
mejores propiedades catalíticas para la reacción modelo N2O + H2 y NO + H2. 
Esta mayor actividad de los catalizadores de Pt se debe principalmente a los 
siguientes factores: 
I. Distribución de partículas: Como se muestra en la figura 3.5 el catalizador de 
Pt presentó una mejor distribución de partículas con respecto al catalizador de 
Ag. Por lo tanto, se encuentra una mayor cantidad de sitios activos para llevar a 
cabo la reducción del NO y N2O. La mala dispersión de las partículas de Ag en el 
soporte se debe principalmente a la sinterización de las partículas de este 
metal. 
II. Electronegatividad: el Pt presenta una mayor electronegatividad con respecto 
a la Ag. Así, atrae en mayor intensidad a los electrones del H2. Cuando se 
presenta la ruptura entre el enlace H-Pt esta es de tipo hemolítica, es decir cada 
átomo que forma el enlace se lleva un electrón generando radicales, de tal 
manera que el átomo de Pt es extremadamente inestable y por tanto con gran 
poder reactivo, este radical tiene un tiempo de vida media muy corta 
(milisegundos) ya que tiende a formar un nuevo enlace rápidamente. 
III. Electrones de valencia: Entre las características que tiene el Pt se encuentra la 
de incluir en su configuración electrónica el orbital d parcialmente lleno de 
electrones. El Pt cuenta con 10 electrones de valencia mientras que la Ag solo 
tiene 1 electrón de valencia, por lo cual el Pt puede formar un mayor número 
de enlaces con las moléculas de H2. Esencialmente metales del grupo VIII (Fe, 
Co, Ni, Pt, Pd, Rh, etc.) y el cobre en el grupo IV, adsorben amplios volúmenes 
de hidrógeno no muy fuerte y lo disocian hemolíticamente. 
 
3.6 SELECTIVIDAD 
 
Los posibles productos de la reacción N2O + H2 y NO + H2 son N2, N2O, NH3 y H2O, 
observándose únicamente como productos de reacción N2 y H2O. Debido a cuestiones 
de resolución del equipo no su logró cuantificar el H2O. Por tal motivo, no se reporta la 
selectividad de los catalizadores en este trabajo. 
 
 
 
74 
 
CAPÍTULO 4 
CONCLUCIONES GENERALES 
 
Se realizó la evaluación del desempeño de catalizadores de Ag y Pt, soportados en un 
material cerámico celular en polvo, para llevar a cabo la reacción de reducción 
catalítica de N2O y NO, con H2 como agente reductor. Las pruebas catalíticas se 
realizaron en un intervalo de temperaturas de 200-550° C. Ambos tipos de 
catalizadores presentaron actividades catalíticas. A continuación se presentan las 
conclusiones específicas. 
 
 Se identificaron las fases cristalinas para los catalizadores por Difracción de 
Rayos-X (DRX). En ambos catalizadores se presentaron las siguientes fases: 
mullita (material refractario) (Al4+2xSi2-2xO10-x), albita (material fundente) 
(NaAlSi3O8) y cuarzo (material refractario) (SiO2). La mullita se formó por la 
transición de fase de los aluminosilicatos a una temperatura de 1100 a 1200° C 
durante el proceso de elaboración del soporte. 
 
 Las micrografías obtenidas por SEM mostraron que el catalizador de Pt 
presentó una mejor distribución en soporte con respecto al catalizador de Ag. 
Esto influyó en la actividad catalítica ya que los catalizadores de Pt presentaron 
mayor actividad para poder llevar a cabo la reducción del N2O y NO. 
 
 La técnica de reducción a temperatura programada (TPR) permitió observar la 
interacción metal-soporte, proporcionando el intervalo de temperaturas a los 
cual los catalizadores de Pt y Ag fueron reducidos. El catalizador de Ag 
presentó dos señales de reducción mientras que el de Pt presentó 3. Estas 
señales de reducción están asociados a la reducción de especies de PtO2 y de 
Ag2O y AgO. 
 
 Los catalizadores de Pt presentaron mayor actividad catalítica para las 
reacciones modelo N2O + H2 y NO + H2, obteniéndose conversiones de 80 y 
82% respectivamente. Las actividades de los catalizadores de Ag fueron de 30 
y 13% para la reducción de N2O y NO, ambos con H2. 
 
 
 
http://es.wikipedia.org/wiki/Aluminio
http://es.wikipedia.org/wiki/Silicio
http://es.wikipedia.org/wiki/Ox%C3%ADgeno
http://es.wikipedia.org/wiki/Sodio
http://es.wikipedia.org/wiki/Sodio
http://es.wikipedia.org/wiki/Silicio
http://es.wikipedia.org/wiki/Ox%C3%ADgeno
http://es.wikipedia.org/wiki/Silicio
http://es.wikipedia.org/wiki/Silicio
 
75 
 
 
Recomendaciones 
 
 Continuar con la investigación de este trabajo para realizar una caracterización 
más detallada de los materiales en estudio y determinar las especies de Pt y Ag. 
Lo anterior para lograr un mejor entendimiento del comportamiento catalítico 
y lograr mayor conversión de N2O y NO. 
 
 Realizar las modificaciones necesarias para obtener altas conversiones de N2O 
y NO utilizando otros agentes reductores como CO e hidrocarburos. 
 
 Determinar la selectividad hacia N2 mediante la afinación de las técnicas de 
cromatografía de gases. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
76 
 
 
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
1) Nitrogen oxides (NOx), why and how they are controlled (1999). Environmental 
Protection Agency. United States. EPA 456/F-00-002. 
 
2) Informe de la situación del medio ambiente en México (2012). SEMARNAT. 
 
3) Guías de la calidad del aire de la OMS relativas al material particulado, al ozono, al 
dióxido de nitrógeno y el dióxido de azufre (2005). OMS. 
 
4) Liang Chen., Junhua Li b., Maofa Gea., Ronghai Zhuc. (2010). “Enhanced activity of 
tungsten modified CeO2/TiO2 for selective catalytic reduction of NOx with 
ammonia”. Catalysis Today 153 (2010) 77–83. 
 
5) Pieterse J.A. Z., Top H., Vollink F., Hoving K., and Van den Brink R. W. (2006). 
¨Selective catalytic reduction of NOx in real exhaust gas engines using unburned gas: 
Catalyst deactivation and advances toward long-tern stability¨. Chemical 
Engineering Journal 120. El SEVIER. Pág. 17-23. 
 
6) Hernández-Huesca Rosario, Braos-García Pilar, Mérida-Robles Josefa, Maireles-
Torres Pedro, Rodríguez-Castellón Enrique y Jiménez-López Antonio. (2002). 
¨Cobalt-based alumina pillared zirconium phosphate catalysts for the selective 
catalytic reduction of NO by propane¨. Chemosphere 48. PERGAMON. Pág. 467-474. 
 
7) Angelidis T.N. and Kruse N. (2010). ¨Promotional effect of SO2 on the selective 
catalytic reduction of NOx with propane/propene over Ag/-Al2O3¨.Applied Catalysis 
B: Environmental 34. El SEVIER. Pág. 201-212. 
 
8) Yu Yunbo, Song Xiaoping and He Hong. (2010). ¨Remarkable influence of reductant 
structure on the activity of alumina-supported silver catalyst for the selective 
catalytic reduction of NOx¨.Journal of Catalysis 271 Issue 2. El SEVIER. Pág. 343-
350. 
 
9) Breen J.P., Burch R., and Hill C.J. (2009). ¨NOx storage during H2 assisted selective 
catalytic reduction of NOx reaction over a Ag/Al2O3 catalyst¨. Catalysis Today 145 
Issues 1-2. El SEVIER. Pág. 34-37. 
 
10) H. Berndt a., F.-W. Schütze., M. Richter., T. Sowadeb., W. Grünert. (2003). “Selective 
catalytic reduction of NO under lean conditions by methane and propane over 
indium/cerium-promoted zeolites” Applied Catalysis B: Environmental 40 51–67. 
 
11) Zhang Jin-qiao., HE Yong., LIU Yu-ying., FAN Wei-bin, LI Rui-feng. (2007). “Study on 
adsorption of NOx over CoH-FBZ by temperature-programmed desorption technique” 
journal of fuel chemistryand technology. 
 
77 
 
 
12) J.N. Armor. (1995). “Catalytic reduction of nitrogen oxides with methane in the 
presence of excess oxygen: a review” Catalysis Today 26 147-158 
 
13) Asima Sultana., Motoi Sasaki., Kunio Suzuki., Hideaki Hamada. (2013). ¨Tuning the 
NOx conversion of Cu-Fe/ZSM-5 catalyst in NH3-SCR¨.Catalysis Communications 41 
21–25. 
 
14) .H. Jones, J.T. Kummer, K. Otto, M. Shelef, E.E. Weaver, Environ. Sci. Technol. 5 
(1971) 790–798. 
 
15) L. Fu, K.T. Chuang, Energy Fuels 3 (1989) 740–743. 
 
16) K. Yokota, M. Fukui, T. Tanaka, Appl. Surf. Sci. 121-122 (1997) 273–277. 
 
17) R. Burch, M.D. Coleman, J. Catal. 208 (2002) 435–447. 
 
18) R. Burch, M.D. Coleman, Appl. Catal. B 23 (1999) 115–121. 
 
19) M. Machida, S. Ikeda, D. Kurogi, T. Kijima, Appl. Catal. B 35 (2001) 107–116. 
 
20) J. Shibata, M. Hashimoto, K. Shimizu, H. Yoshida, T. Hattori, A. Satsuma, J. Phys. 
Chem. B 108 (2004) 18327–18335. 
 
21) T. Nanba, C. Kohno, S. Masukawa, J. Uchisawa, N. Nakayama, A. Obuchi, App. Catal. 
B 46 (2003) 353–364. 
 
22) M. Saito, M. Itoh, J. Iwamoto, K. Machida, Chem. Lett. 37 (2008) 1226–1227. 
 
23) P. Wu, L. Li, Q. Yu, G. Wu, N. Guan, Catal. Today 158 (2010) 228–234. 
 
24) Q. Yu, M. Richterb, F. Konga, L. Li, G. Wu, N. Guan, Catal. Today 158 (2010) 452–
458. 
 
25) M. Itoh, K. Motoki, M. Saito, J. Iwamoto, K. Machida, Bull. Chem. Soc. Jpn. 82 (2009) 
1197–1202. 
 
26) C.N. Costa, V.N. Stathopoulos, V.C. Belessi, A.M. Efstathiou, J. Catal. 197 (2001) 350–
364. 
 
27) C.N. Costa, P.G. Savva, C. Andronikou, P.S. Lambrou, K. Polychronopoulou, V.C. 
Belessi, V.N. Stathopoulos, P.J. Pomonis, A.M. Efstathiou, J. Catal. 209 (2002) 456–
471. 
 
28) C.N. Costa, A.M. Efstathiou, Environ. Chem. Lett. 2 (2004) 55–58. 
 
 
78 
 
29) A. Ueda, T. Nakao, M. Azuma, T. Kobayashi, Catal. Today 45 (1998) 135–138. 
 
30) B. Wen, Fuel 81 (2002) 1841–1846. 
 
31) G. Qi, R.T. Yang, L.T. Thompson, Appl. Catal. A 259 (2004) 261–267. 
 
32) G. Qi, R.T. Yang, F.C. Rinaldi, J. Catal. 237 (2006) 381–392. 
 
33) G.L. Chiarello, D. Ferri, J. Grunwaldt, L. Forni, A. Baiker, J. Catal. 252 (2007)137–
147. 
 
34) S. Furfori, N. Russo, D. Fino, G. Saracco, V. Specchia, Chem. Eng. Sci. 65 (2010) 120–
127. 
 
35) L. Li, F. Zhang, N. Guan, E. Schreier, M. Richter, Catal. Commun. 9 (2008)1827–
1832. 
 
36) T. Yoshinari, K. Sato, M. Haneda, Y. Kintaichi, H. Hamada, Appl. Catal. B. 41(2002) 
157–169. 
 
37) H. Hamada, Y. Kintaichi, M. Haneda, H. Kudo, Y. Nagao, T. Yoshinari, K. Sato, Trans. 
Mat. Res. Soc. Jpn. 29 (2004) 2171–2174. 
 
38) Y. Hasegawa, M. Haneda, Y. Kintaichi, H. Hamada, Appl. Catal. B 60 (2005)41–47. 
 
39) A. Lamb, E.L. Tollefson, Can. J. Chem. Eng. 53 (1975) 68–73. 
 
40) B. Frank, G. Emig, A. Renken, Appl. Catal. B 19 (1998) 45–57. 
 
41) Jin Xu, Robert Clayton, Vemuri Balakotaiah, Michael P. Harold. (2008) 
¨Experimental and microkinetic modeling of steady-state NO reduction by H2 on 
Pt/BaO/Al2O3 monolith catalysts¨.Applied Catalysis B: Environmental 77 395–408. 
 
42) Billy-Paul Matthew Holbrooka., Alexandre Bayleta., Laurence Retailleaua., 
Antoinette Boreavea., Philippe Vernouxa., Figuerasa., Anne Giroir-Fendlera. (2011) 
“Sulphated TiO2 for selective catalytic reduction of NOx by n-decane”. Catalysis 
Today 176 48– 55 
 
43) D.L. Nguyen., S. Umbarkar., M.K. Dongare., C. Lancelot., J.S. Girardon., C. Dujardin., 
P. Granger. (2012). “Deposition–precipitation versus anionic-exchange Au/Al2O3 
catalysts: A comparative 2012 investigation towards the selective reduction of NOx” 
Catalysis Communications 26 225–230 
 
44) Xiaoyu Fan, Famin Qiu, Hangsheng Yang, Wei Tian, Tianfeng Hou and Xiaobin 
Zhang. (2011). ¨Selective catalytic reduction of NOx with ammonia over Mn-Ce-
 
79 
 
Ox/TiO2-carbon nanotube composites¨.Catalysis Communications 12 Issue 14. El 
SEVIER. Pág. 1298-1301. 
 
45) Mishra H.K., Stanciulescu M., Charland J.P. Kelly J.F. (2008). ¨Mesoporous titania-
alumina mixed oxide: A preliminary study on synthesis and application in selective 
catalytic reduction of NOx¨.Applied Surface Science 254 Issue 21. El SEVIER. Pág. 
7098-7103 
 
46) Pasel Joachim, Speer Volker, Albrecht Christiane, Richter Frauke, y Papp Helmut. 
(2000). ¨Metal doped sulfated ZrO2 as catalyst for the selective catalytic reduction 
(SCR) of NO with propane¨. Applied Catalysis B: Environmental 25. El SEVIER. Pág. 
105-113. 
 
47) Acke Filip and Skoglundh Magnus. (1999). ¨Differences in reaction mechanisms for 
the selective reduction of NO under oxygen excess over Pt based catalysts using 
propane or propene as the reducing agent¨.Applied Catalysis B: Environmental 22. 
El SEVIER. Pág. L1-L3 
 
48) E. Ruiz-Martınez, J.M. Sanchez-Hervas, J. Otero-Ruiz. (2005). ¨Effect of operating 
conditions on the reduction of nitrous oxide by propane over a Fe-zeolite monolith¨. 
Applied Catalysis B: Environmental 61 (2005) 306–315 
 
49) Dong Hongyi, Shuai Shijin, Li Rolong, Wang Jianxin, Shi Xiaoyan and He Hong. 
(2008). ¨Study of Nox selective catalytic reduction by etanol over Ag/Al2O3 catalyst 
on a HD diesel engine¨. Chemical Engineering Journal 135. El SEVIER. Pág. 195-201. 
 
50) Guohua Jing., Junhua Li., Dong Yang., Jiming Hao. (2009). “Promotional mechanism 
of tungstation on selective catalytic reduction of NOx by methane over In/WO3/ZrO2” 
Applied Catalysis B: Environmental 91 (2009) 123–134 
 
51) Schuricht Falk and Reschetilowski Wladimir. (2012). ¨Simultaneous selective 
catalytic reduction (SCR) of NOx and N2O over Ag/ZSM-5-Catalytic studies and 
mechanistic implications¨. Microporous and Mesoporous Materials 164. El SEVIER. 
Pág. 135-144 
 
52) Choong-Kil Seo., Byungchul Choi., Hwanam Kim., Chun-Hwan Lee., Chun-Beom Lee. 
(2012). “Effect of ZrO2 addition on de-NOx performance of Cu-ZSM-5 for SCR catalyst 
2012”. Chemical Engineering Journal 191 (2012) 331– 340 
 
53) Peng H.X., Fan Z. and Evans J.R.G. (2000). ¨Factors affecting the microstructure of 
fine ceramic foam¨.Ceramics International 26. El SEVIER. Pág. 887-895. 
 
54) Potoczek Marek. (2008). ¨Gelcasting of alumina foams using agarose 
solutions¨.Ceramics International 34. El SEVIER. Pág. 661-667. 
 
 
80 
 
55) Meille S., Lombardi M., Chevalier J. and Montanaro L. (2012). ¨Mechanical 
properties of porous ceramics in compression: On the transition between elastic, 
brittle, and celular behavior¨.Journal of the European Ceramic Society 32. El 
SEVIER. Pág. 3959-3967. 
 
56) Varela-Feria F.M., Martínez-Fernández J., De Arellano-López A.R. and Singh M. 
(2002). ¨Low density biomorphic silicon carbide: microstructure and mechanical 
properties¨.Journal of the European Ceramics Society 22. El SEVIER. Pág. 2719-
2725. 
 
57) Pan Jian-mei, Yan Xue-hua, Cheng Xiao-nong, Lu Qing-bo, Wang Ming-song, and 
Zhang Cheng-hua. (2012). ¨Preparation of SiC nanowires-filled celular SiCO ceramics 
from polymeric precursor¨.Ceramics International 38. El SEVIER. Pág. 6823-6829. 
 
58) Presas M., Pastor J.Y., LLorca J., Martin A., Segurado J., and González C. (2009). 
¨Strength and toughness of celular SiC at elevated temperature¨.Engineering Failure 
Analysis 16. El SEVIER. Pág. 2598-2603. 
 
59) Erli H.J., Von Walter M., RagoB C., Steffens G.C., Paar O., and Maier H.R. (2003). 
¨Surface modification of a novel porous titanium dioxide/glass composite¨.Mat-wiss. 
U. Werkstofftech 34. WILEY-VCH. Pág. 1058-1063. 
 
60) Gibson LJ, Ashby (1997). MF: “Cellular Solids”, 2nd Edn. Cambridge, UK Cambridge 
University Press. 1997. 
 
61) Scheffler. M y Colombo. P. (2005). Cellular Ceramics: Structure, Manufacturing, 
Properties and Applications. Alemania: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. 
 
62) Espejel Ayala, F. (2007). Valoración de lodos generados en las plantas 
potabilizadoras para elaborar productos cerámicos. Tesis, Maestria en Ingeniería, 
Universidad Nacional Autónoma de México, Instituto de ingeniería. 
 
63) Sergio Fuentes., Gabriela Díaz. (1995). “La piedra filosofaldel siglo XX”. Fondo de 
cultura económica, México, D.F. 
 
64) R. Burch., P.J. Millington. ¨Selective reduction of nitrogen oxides by hydrocarbons 
under lean-burn conditions using supported platinum group metal catalysts¨. 
Catalysis Today 26 (1995) 185-206. 
 
65) R. Burch., P.J. Millington. ¨Selective reduction of NOx by hydrocarbons in excess 
oxygen by alumina- and silica-supported catalysts¨. Catalysis Today 29 (1996) 37-
42. 
 
 
81 
 
66) Kinga skalska., Jacek S. Miller (2010). ¨Trends in NOx abatement: A reviev. Science 
of the total environment¨408 (2010) 3976-3989. 
 
67) R. Bruch., J.P. Breen (2002). ¨A review of the selective reduction of NOx with 
hydrocarbons under lean-burn conditions with non-zeolitic oxide and platinun group 
metal catalysts¨. Applied Catalysis B: Environmental 39 (2002) 283-303. 
 
68) Burch R., Sullivan J.A., and Watling T.C. (1998).¨Mechanistic considerations for the 
reduction of NOx over Pt/Al2O3 and Al2O3 catalysts under lean-burn conditions¨. 
Applied Catalysis B: Environmental 42 Issues 1-2. El SEVIER. Pág. 13-23. 
 
69) Fabricio Espejel Ayala, Rosa María Ramírez Zamora, Oscar González Barceló, 
Rafael Schouwenaars.¨Novel self-foaming cellular composites produced from 
recycled water potabilisation sludge¨. Proc. PRICM8, 2013, In press. 
 
70) Javier Pérez-Ramırez, Freek Kapteijn, ¨Effect of NO on the SCR of N2O with propane 
over Fe-zeolites¨.Applied Catalysis B: Environmental 47 (2004) 177–187. 
 
71) R. M. Ramírez Zamora, F. Espejel-Ayala, L. C. García, A. D. Moreno, R. 
Schouwenaars. (2008). ¨Optimization of the preparation conditions of ceramic 
products using drinking treatment sludges¨. Journal of Environmental Science and 
Health-Part A. Toxic/Hazardous Substances and Environmental Engineering. (43). 
1562-1568. 
 
72) Grisel Corroa, J.L.G. Fierrob, Ramon Montiela, Fortino Banuelosa. ¨Improved sulfur 
resistance of Pt-Sn/_-Al2O3 catalysts for C3H8-NO-O2 reaction under lean conditions 
due to Pt-Sn surface interactions¨. Journal of Molecular Catalysis A: Chemical 228 
(2005) 275–282 
 
73) Robert D. Clayton 1, Michael P. Harold, Vemuri Balakotaiah, C.Z. Wan. ¨Pt dispersion 
effects during NOx storage and reduction on Pt/BaO/Al2O3¨. catalysts Applied 
Catalysis B: Environmental 90 (2009) 662–676 
 
74) M. Richter, U. Bentrup, R. Eckelt, M. Schneider, M.-M. Pohl, R. Fricke. ¨The effect of 
hydrogen on the selective catalytic reduction of NO in excess oxygen over 
Ag/Al2O3¨.Applied Catalysis B: Environmental 51 (2004) 261–274 
 
75) Kalle Arve, Henrik Backman, Fredrik Klingstedt, Kari Eranen, Dmitry Yu. Murzin, 
¨Kinetic considerations of H2 assisted hydrocarbon selective catalytic reduction of NO 
over Ag/Al2O3¨.Applied Catalysis A: General 303 (2006) 96–102 
 
 
 
 
 
82 
 
ANEXO 
 
CONCEPTOS GENERALES SOBRE LA CATÁLISIS Y CATALIZADORES. 
 
A.1 CINÉTICA QUÍMICA 
El área de la química que estudia la velocidad o rapidez de la reacciones se llama 
cinética química. La cinética química se ocupa del estudio de la velocidad y el 
mecanismo por el cual una especie química se transforma en otra. 
El concepto de velocidad de reacción traduce la rapidez con la que en un sistema se 
produce una transformación química y se define como la variación de la 
concentración de uno de los reactivos que desaparece, o de uno de los productos que 
aparece en el sistema, respecto del tiempo. La reacción química global se lleva a cabo 
a través de etapas las cuales en su conjunto constituyen el mecanismo de reacción. 
Para una reacción química del tipo 
 
la velocidad de la reacción puede representarse como 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Para que una reacción química se lleve a cabo, es necesario suministrar una cierta 
cantidad de energía a las moléculas de reactivo, para que se favorezca la 
transformación hacia los productos (energía de activación). Estas reacciones químicas 
pueden llevarse a cabo en una, dos o tres etapas denominadas elementales, durante 
las cuales participan las moléculas de los reactivos. En general, existirá una etapa más 
lenta que las otras y será ésta la que determine la velocidad global de la 
transformación. Catalizar una reacción implica reemplazar este paso por varias etapas 
más rápidas que se llevan a cabo sólo en presencia del catalizador. 
En la figura A1 se muestra un diagrama de energía para reacciones homogéneas (línea 
punteada) y heterogéneas (línea continua). Como se observa, el proceso homogéneo 
en una sola etapa ha sido substituido por tres etapas en el proceso heterogéneo, estas 
etapas son: 1) Adsorción de reactivos en la superficie catalítica, 2) Reacción en 
superficie y 3) Desorción de productos en la superficie. Esto significa que la 
 
83 
 
intervención del catalizador permitirá la formación de productos con energía de 
activación menor con respecto a las reacciones homogéneas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura A1. Diagrama de energía para reacciones homogéneas y heterogéneas. 
A.2 CATALIZADOR 
Un catalizador es una sustancia que químicamente altera un mecanismo de reacción 
así como la velocidad total de la misma sin consumirse. El catalizador no se considera 
ni reactivo ni producto en la reacción. 
Las principales características que distinguen a un catalizador son: 
I. Un catalizador no puede actuar en reacciones termodinámicamente imposibles 
(∆G0). Esto literalmente significa que un catalizador no hace milagros. 
 
II. Para una reacción en equilibrio A + B ⇄ C el catalizador no modifica el valor de 
la constante de equilibrio Ke=k1/k2. Como consecuencia de lo anterior, un 
aumento de la velocidad en una dirección es acompañado por un aumento 
similar en la constante de velocidad de la reacción inversa (k2). 
 
III. El catalizador puede tener uno o dos efectos sobre un sistema, un efecto 
acelerador o un efecto orientador. En el segundo caso, la función catalítica se 
 
84 
 
observa en la variación de los valores de selectividad de un proceso cuando 
varias direcciones son termodinámicamente posibles. 
 
IV. El catalizador tiene una vida limitada, sin embargo, en lapsos cortos, se puede 
decir que permanece inalterado; esta característica es de suma importancia 
para estudios cinéticos. 
A.3 CATÁLISIS 
El término catálisis agrupa al conjunto de procedimientos y conocimientos que 
permiten que la velocidad con la que trascurre una reacción se incremente in-
situ. Bajo tal condición la catálisis es una rama de la cinética química. 
La cinética química se ocupa del estudio dinámico de las reacciones químicas tomando 
en cuenta el mecanismo en el nivel molecular de tales transformaciones. El concepto 
de velocidad de reacción traduce la rapidez con la que en un sistema se produce una 
transformación química. La velocidad se define en términos de parámetros que 
pueden ser medidos durante la transformación; así, podemos definirla como la 
variación de la concentración de uno de los reactivos que desaparece, o de uno de los 
productos que aparece, en el sistema respecto del tiempo. La reacción química global 
se lleva a cabo a través de etapas las cuales en su conjunto constituyen el mecanismo 
de reacción. 
Para una reacción química del tipo 
 
la velocidad de la reacción puede representarse como 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A.4 CLASIFICACIÓN DE LA CATÁLISIS 
De acuerdo con las condiciones en las que se llevan a cabo las reacciones es posible 
separar el fenómeno catalítico en tres dominios independientes. 
A.4.1 CATÁLISIS HOMOGÉNEA 
En el sentido más amplio del término, la catálisis homogénea tiene lugar cuando los 
reactivos y el catalizador se encuentran en la misma fase, sea líquida o gaseosa. En la 
catálisis homogénea se tiene un acceso más fácil al mecanismo de reacción y por 
 
85 
 
consecuencia se puede dominar mejor el proceso catalítico correspondiente. Otra 
ventaja no menos despreciable de este tipo de catálisises la ausencia de efectos de 
envenenamiento tan frecuentes en el caso de la catálisis heterogénea y que obliga a 
tratamientos costosos de eliminación de impurezas. Finalmente, el último impulso que 
han dado los complejos organometálicos a la catálisis homogénea ha sido decisivo en 
su aplicación industrial a gran escala. 
Tanto en el estudio como en la aplicación de una catálisis homogénea en solución no 
se debe perder de vista que la velocidad no depende directamente de sus 
concentraciones sino de sus actividades, ya que la presencia de especies ajenas al acto 
catalítico puede influenciarlas. 
A.4.2 CATÁLISIS ENZIMÁTICA 
Que recibe su nombre del catalizador, que es una mezcla o molécula orgánica que 
generalmente contiene una proteína que forma un coloide liofílico. Dada la naturaleza 
particular del catalizador, la catálisis enzimática no pertenece clara y definitivamente 
al dominio de la catálisis homogénea. Está caracterizada por selectividades muy 
elevadas y bajas temperaturas. 
Se puede afirmar con base, que sin la catálisis enzimática no sería posible la vida. Es 
suficiente decir que el proceso base de la actividad vital, la asimilación del CO2 por la 
clorofila de las plantas es un proceso fotoquímico y catalítico. La transformación por 
las células, de albúminas, grasas carbohidratos así como la síntesis de otras moléculas 
son catalíticas. La formación de las cadenas de RNA, que es la base del código genético 
depende de la presencia de ciertas enzimas. 
La actividad catalítica de las enzimas es muchísimo mayor que los catalizadores 
inorgánicos, por ejemplo: 
 1 mol de alcohol hidrogenasa transforma por segundo 720 moles de alcohol en 
ácido acético a 25°C mientras que a 200°C los catalizadores industriales (Pt, 
platino) transforman 0.l - l mol de alcohol por mol de catalizador. 
 A 0°C la catalasa descompone 200 000 moles de H202 por mol de enzima y por 
segundo en tanto que el inorgánico más activo (Pt, platino) descompone a 
20°C, 10-80 moles de H202 por mol de catalizador por segundo. 
 
A.4.3 CATÁLISIS HETEROGÉNEA 
Un proceso catalítico se considera como heterogéneo cuando los reactantes y el 
catalizador se encuentran en distintas fases. En la catálisis heterogénea, el fenómeno 
catalítico está relacionado con las propiedades químicas de la superficie del 
 
86 
 
catalizador y no involucra el interior del sólido. Este requerimiento nos lleva al 
concepto de adsorción. La adsorción de al menos uno de los reactivos es indispensable 
para la reacción del proceso catalítico heterogéneo. 
En la catálisis heterogénea, cualquier tipo de reacción que tome lugar en la superficie 
del catalizador comprende 5 pasos consecutivos (Figura A.2). 
1. Difusión de reactivos a la superficie. 
2. Adsorción de los reactivos. 
3. Reacción en superficie. 
4. Desorción de los productos. 
5. Difusión de productos hacia la fase fluida. 
Usualmente los pasos 1 y 5 son rápidos por lo tanto cualquiera de los pasos 2, 3 o 4 
puede ser el paso limitante (el más lento) en cualquier reacción heterogénea. 
Langmuir asumió que el paso 3, la reacción en superficie es el paso lento del proceso, 
por lo que no es de extrañar que se utilice la isoterma de Langmuir para estimar la 
concentración de especies adsorbidas. 
 
1. Difusión de reactivos a la superficie. 
 
 
 
 
2. Adsorción de los reactivos 
 
 
 
 
 
3. Reacción en superficie 
 
 
 
87 
 
 
4. Desorción de productos 
 
 
 
5. Difusión de productos hacia la fase fluida 
 
 
Figura A.2 Pasos involucrados en una reacción de superficie. 
 
 
A.5 CARACTERÍSTICAS DE LOS CATALIZADORES HETEROGÉNEOS 
La mayoría de los procesos en catálisis utilizan catalizadores sólidos. Estos sólidos, de 
composición altamente compleja (en ocasiones llegan a tener 10 o más elementos en 
su fórmula), pueden ser sin embargo descritos en forma de tres componentes 
elementales: la fase activa, el soporte y el promotor. 
 
A.5.1 FASE ACTIVA 
Como su nombre lo indica, es la directamente responsable de la actividad catalítica. 
Esta fase activa puede ser una sola fase química o un conjunto de ellas, sin embargo, se 
caracteriza porque ella sola puede llevar a cabo la reacción en las condiciones 
establecidas. Sin embargo, esta fase activa puede tener un costo muy elevado, como en 
el caso de los metales nobles (platino, paladio, rodio, etc.) o puede ser muy sensible a 
la temperatura (caso de los sulfuros de molibdeno y cobalto), por lo cual se requiere 
de un soporte para dispersarla, estabilizarla y proporcionarle buenas propiedades 
mecánicas. 
 
 
88 
 
A.5.2 SOPORTE 
Es la matriz sobre la cual se deposita la fase activa y el que permite optimizar sus 
propiedades catalíticas. Este soporte puede ser poroso y por lo tanto presentar un 
área superficial por gramo elevada (ver figura A.2) 
 
A.5.3 PROMOTOR 
Es aquella substancia que incorporada a la fase activa o al soporte en pequeñas 
proporciones, permite mejorar las características de un catalizador en cualquiera de 
sus funciones de actividad, selectividad o estabilidad. Se conocen dos tipos de 
promotores: texturales los que contribuyen a dar mayor estabilidad a la fase activa, y 
electrónicos, los que aumentan la actividad. Los casos más conocidos como 
promotores son el potasio (electrónico) y la alúmina (textural) en el catalizador de 
hierro para la síntesis del amoniaco. 
 
Figura A.3 Área superficial de sólidos porosos y no porosos 
 
 
89 
 
La aplicación industrial de un catalizador heterogéneo requiere de la optimización de 
las tres principales características de un catalizador: actividad, selectividad y 
estabilidad. 
A.6 ACTIVIDAD 
Es la consecuencia directa del efecto acelerador, y se define como una velocidad de 
reacción en moles transformados por segundo y por gramo de catalizador. En el caso 
de algunos catalizadores se prefiere dar esta velocidad corregida por el área del 
catalizador o mejor aún normalizada por el número de átomos de catalizador que 
están en contacto con la reacción (turnover number). Esta última expresión de la 
velocidad ha sido muy útil para establecer una clasificación de las reacciones 
catalíticas. Reacciones "fáciles o insensibles” a la estructura y reacciones "exigentes o 
sensibles” a la estructura. En el primer tipo de reacciones la velocidad depende tan 
sólo del número total de átomos de catalizador en contacto con el fluido, mientras que 
en el segundo caso depende de sólo algún tipo de átomo en particular, como por 
ejemplo átomos en las esquinas de los cristales de catalizador, un arreglo geométrico 
de átomos (dos o tres), etcétera. 
La actividad de un catalizador es reportada en términos de porcentaje de conversión 
(reactivo transformado). La conversión se calcula por medio de la siguiente ecuación. 
 
 
 
 
 
Donde: 
 
 
 
 
A.7 SELECTIVIDAD 
La selectividad de un catalizador está relacionada con el efecto orientador de la 
reacción en una dirección preferente. Esta cualidad es debida a que el catalizador abre 
nuevos caminos de reacción con menor energía de activación, los cuales desembocan 
en una mayor cantidad del producto o en nuevos productos. Un catalizador es más 
selectivo mientras da mayor cantidad del producto deseado. La selectividad se puede 
 
90 
 
definir como la cantidad de producto constituido en función de la velocidad total de 
formación de productos. 
En la reacción: 
 
 
la selectividad hacia B será: 
 
 
 
 
 
 
A.8 ESTABILIDAD 
La estabilidad de un catalizador es la variable final a optimizar en su aplicación 
industrial y la que se relaciona directamente con la vida útil del catalizador. La vida de 
operación de un catalizador debe ser evaluada en funciónde la cantidad de productos 
formados, de manera que en el mínimo de tiempo debe permitir amortizar el costo del 
catalizador y la operación del proceso. Si bien en las condiciones de uso de los 
catalizadores en la actualidad casi todos éstos sobrepasan largamente este mínimo de 
vida útil, se requiere de una serie de prevenciones para evitar que el catalizador se 
desactive prematuramente. 
El fenómeno de la desactivación está íntimamente ligado a la estabilidad del 
catalizador. Las principales causas de desactivación son: 
1) Envenenamiento de la superficie catalítica por una molécula que se adsorbe 
fuertemente. 
2) Coquificación (formación de carbón) de la superficie por deshidrogenación de 
algunos hidrocarburos cíclicos. 
3) Reconstrucción térmica de la superficie con disminución del área activa 
(sinterización). 
4) Pérdida de la fase activa por desgaste del catalizador. Cuando algunos 
catalizadores se desactivan pueden ser regenerados para recuperar sus 
propiedades (totalmente o en parte). El proceso de regeneración está ligado al 
proceso de desactivación. 
 
	Portada 
	Resumen 
	Índice General 
	Introducción 
	Capítulo 1. Marco Teórico
	Capítulo 2. Desarrollo Experimental
	Capítulo 3. Resultados Experimentales
	Capítulo 4. Conclusiones Generales 
	Referencias Bibliográficas
	Anexo