cicat hile 2010 xxii cicat hile 2010 xxii

XXII
C
ICAT
HILE 2010
XXII CICAT – Congreso Iberoamericano de Catálisis
Tratamiento térmico para generación de rugosidad de monolitos de acero
inoxidable AISI 304 y AISI 316.
Flavia G. Durána*, Bibiana P. Barberoa, Luis E. Cadúsa
a
Instituto de Investigaciones en Tecnología Química (INTEQUI), UNSL – CONICET, Chacabuco 917, 5700BWS
San Luis, Argentina.
* E-mail: [email protected]
Resumen
El objetivo principal de este trabajo es la generación de una superficie adecuada para la deposición y el anclaje
físico de una fase catalítica activa. Como material de construcción de los soportes estructurados se ha trabajado
con aceros inoxidables austeníticos AISI 304 y AISI 316. Se realizaron estudios de morfología y composición
química superficial, para verificar la posibilidad de generar in situ una fase activa de óxidos mixtos de Fe-Mn ya
estudiada anteriormente. Las variables a modificar fueron el tiempo de exposición al tratamiento, la temperatura
y la atmósfera de trabajo. El acero AISI 316 resultó ser el material más resistente en las condiciones
propuestas, si bien, era el material más adecuado para el mecanizado de los monolitos por ser más dúctil y
maleable. El acero AISI 304 generó en su superficie diferentes morfologías según la temperatura y la atmósfera.
La capa de óxido está compuesta por óxidos mixtos de Cr – Fe y Cr - Mn – Fe formando cristales de diferentes
formas que aumentan su tamaño, definiendo formas octaédricas y obleas hexagonales con el aumento del
tiempo de exposición. La rugosidad obtenida fue la adecuada para el anclaje físico del catalizador y un
tratamiento a 900ºC durante 2 hs en atmósfera de aire sintético resultó el tratamiento más adecuado.
Palabras claves: Monolito; AISI; Tratamiento térmico; corrosión.
Abstract
The main objective of this work is the generation of a suitable surface for the deposition and physical anchoring
of the catalytically active phase. The construction material of the structured supports was Austenitic stainless
steel AISI 304 and AISI 316. Morphology and surface chemical composition studies were made in order to verify
the possibility to generate in situ an active phase of mixed oxides of Fe-Mn previously studied. The studied
variables were the treatment exposure time, temperature and working atmosphere. AISI 316 steel was found to
be the most resistant material on the terms offered, although it was the suitable material for the mechanized of
the monoliths for being more ductile and malleable. AISI 304 steel surface resulted in different morphologies
depending on temperature and atmosphere. The oxide layer is composed of mixed oxides of Cr - Fe and Cr - Mn
- Fe forming crystals of different shapes that increase in size, forming octahedral and hexagonal crystals with
increasing exposure time. The roughness obtained was adequate for the physical anchoring of the catalyst with a
treatment at 900 º C for 2 h in synthetic air atmosphere.
Keywords: Monolith; AISI; Thermal treatment; corrosion.
1
XXII CICAT – Congreso Iberoamericano de Catálisis
XXII
C
ICAT
HILE 2010
XXII CICAT – Congreso Iberoamericano de Catálisis
Tratamiento térmico para generación de rugosidad de monolitos de acero
inoxidable AISI 304 y AISI 316.
Flavia G. Durána*, Bibiana P. Barberoa, Luis E. Cadúsa
a
Instituto de Investigaciones en Tecnología Química (INTEQUI), UNSL – CONICET, Chacabuco 917, 5700BWS
San Luis, Argentina.
* E-mail: [email protected]
Resumen
El objetivo principal de este trabajo es la generación de una superficie adecuada para la deposición y el anclaje
físico de una fase catalítica activa. Como material de construcción de los soportes estructurados se ha trabajado
con aceros inoxidables austeníticos AISI 304 y AISI 316. Se realizaron estudios de morfología y composición
química superficial, para verificar la posibilidad de generar in situ una fase activa de óxidos mixtos de Fe-Mn ya
estudiada anteriormente. Las variables a modificar fueron el tiempo de exposición al tratamiento, la temperatura
y la atmósfera de trabajo. El acero AISI 316 resultó ser el material más resistente en las condiciones
propuestas, si bien, era el material más adecuado para el mecanizado de los monolitos por ser más dúctil y
maleable. El acero AISI 304 generó en su superficie diferentes morfologías según la temperatura y la atmósfera.
La capa de óxido está compuesta por óxidos mixtos de Cr – Fe y Cr - Mn – Fe formando cristales de diferentes
formas que aumentan su tamaño, definiendo formas octaédricas y obleas hexagonales con el aumento del
tiempo de exposición. La rugosidad obtenida fue la adecuada para el anclaje físico del catalizador y un
tratamiento a 900ºC durante 2 hs en atmósfera de aire sintético resultó el tratamiento más adecuado.
Palabras claves: Monolito; AISI; Tratamiento térmico; corrosión.
Introducción
Los reactores catalíticos actualmente más
utilizados en aplicaciones medioambientales, son
los
monolíticos.
Los
primeros
monolitos
desarrollados tenían estructuras tipo panal de
abeja. Ellos presentaban como principal ventaja
sobre catalizadores pelletizados, bajas caídas de
presión asociadas con las altas velocidades de flujo
[1].
La producción comercial de monolitos
comenzó con su utilización en el tratamiento de los
gases de escape de los automóviles. En esta
aplicación los monolitos utilizados eran cerámicos,
como la cordierita que resultaba de una
combinación de óxidos (2MgO.2SiO2.5SiO2). La
cordierita presenta bajo coeficiente de expansión
térmica, por lo tanto, alta resistencia a la fractura
debido a shock térmico, presenta alta temperatura
de fusión (1465 ºC) y resistencia a la oxidación [2,
3].
Los catalizadores monolíticos pueden ser
fabricados directamente por extrusión de una pasta
de la fase activa, pero en general, son preparados
por deposición de la fase activa sobre un soporte
monolítico. La adecuada adhesión de esta fase
activa es muy importante para condiciones severas
de trabajo, como son, gases de escape calientes,
altas velocidades de flujo y vibraciones mecánicas
[4].
Dado que los elementos constituyentes de
la fase activa desarrollada por el grupo de trabajo
[5] basada en óxidos de metales de transición en
relación 1:3 de Fe-Mn, se puede imaginar el uso de
un soporte que por afinidad química (elementos
comunes) y/o adherencia mecánica, facilite la
reproducción de la performance obtenida con el
catalizador másico. Esto, sin excluir la posibilidad
de la generación in situ del catalizador. La fase
activa se obtuvo por el método del citrato,
generando altas superficies específicas y alta
homogeneidad. Su excelente performance catalítica
se debe a la formación de una solución sólida
donde parte del hierro se posiciona en sitios del
manganeso en su estructura de la bixbyta.
Los monolitos metálicos son una alternativa
interesante a los cerámicos. Su alto costo es
compensado por su alta resistencia mecánica, son
más livianos y presentan mejor conductividad
térmica. El mayor problema que presentan los
2
XXII CICAT – Congreso Iberoamericano de Catálisis
monolitos metálicos es la baja adhesión de la fase
activa por ser su superficie extremadamente lisa.
Uno de los materiales metálicos más utilizados es el
Fecralloy®, aleación ferrítica que contiene
principalmente, Fe, Cr y Al. La principal ventaja que
presenta este material es que después de un
adecuado pre-tratamiento térmico se produce en su
superficie, una capa protectora de alúmina, que
otorga a la superficie de este material, una
adecuada rugosidad facilitando el anclaje físico del
catalizador. Sin embargo, el Fecralloy® es costoso
y la temperatura de tratamiento es alta (>1000 ºC)
[6]. El acero inoxidable austenítico es una
interesante alternativa al Fecralloy® para fabricación
de monolitos en aplicaciones medioambientales.
Los aceros inoxidables Austeníticos son más
baratos y pueden ser usados tanto a altas como a
bajas temperaturas de trabajo. Al igual que en
monolitos de Fecralloy®, estos aceros necesitan un
pre-tratamiento
térmico
para
mejorar
las
características de adherencia de la fase activa,
generando una capa de óxidos mixtos de metales
de transición, como son el Cr, Fe y Mn [4, 6].
Los aceros inoxidables son aleaciones a
base de hierro, cromo, carbono y otros elementos,
principalmente, níquel, molibdeno, manganeso,
silicio y titanio, entre otros, que les confieren una
resistencia particular a algunos tipos de corrosión
en determinadas aplicaciones industriales. Según la
norma europea EN 10088-1 se define a los aceros
inoxidables como aquellas aleaciones que
contienen cromo en una proporción mínima del
10.5%. La resistencia a la corrosión del acero
inoxidable se debe a la película “pasiva”, formada
por un óxido rico en cromo, que se forma de
manera espontánea en la superficie del acero,
cuando su superficie limpia se pone en contacto con
un entorno proveedor de oxígeno. Incluso, si esta
capa pasiva se rompe, el acero la auto-repara. Los
aceros inoxidables no pueden ser considerados
como resistentes a la corrosión en todas las
condiciones de trabajo. Hay ciertas condiciones
donde el acero pierde su estado pasivo y no puede
recomponerse, y por ende, se corroe [7, 8].
En este trabajo se estudiaron las
condiciones térmicas para destruir o transformar la
capa pasiva y generar rugosidad en aceros
inoxidables austeníticos AISI 304 y AISI 316. La
capa de óxidos formada en su superficie debe
cumplir como requisito mínimo, una buena
adherencia al sustrato y características superficiales
que faciliten el anclaje físico del catalizador y/o la
generación in situ de la fase activa seleccionada. El
tratamiento térmico consiste en el estudio de los
parámetros en la exposición del metal a altas
temperaturas en atmósfera oxidante, lo que produce
la oxidación gradual de uno o más de los elementos
metálicos que lo constituyen. Se pretende además
describir las superficies formadas.
1. Experimental
Preparación de las muestras
Se utilizó acero inoxidable austenítico AISI
304 (Cr 19%, Ni 9,2%, Mn 2%, C< 0.08%, balance
de Fe) y AISI 316 (Cr 17%, Ni 12%, Mn 2%, C<
0.08%, Mo 2%, balance de Fe) de 0.05mm de
espesor, provisto por Goodfellow. Los monolitos se
fabricaron enrollando una chapa lisa alternada con
una chapa corrugada, logrando un monolito
cilíndrico de dimensiones finales de 30mm de alto,
16mm de diámetro y densidad de celda de 60
celdas/cm2 [1].
Ambos aceros fueron sometidos a una
limpieza superficial antes del tratamiento térmico,
comenzando con un lavado con agua y detergente
para eliminar residuos sólidos, enjuague con
acetona para eliminar restos de grasitud producto
del mecanizado y secado con flujo de aire.
Las variables de tratamiento térmico fueron:
- Atmósfera: se realizó calcinación en horno
para recrear una atmósfera estanca. Para lograr
atmósfera dinámica se utilizó un reactor de cuarzo
horizontal ubicado dentro de un horno con flujo de
aire sintético de 16 mL/min.
- Temperatura: se elevó la temperatura a
una velocidad de 10 ºC/min hasta 800, 850 y 900
ºC.
- Tiempo: se tomaron 1, 2 y 4 horas de
tratamiento a la temperatura máxima.
Las muestras se denominaron como tXTa
donde, t: tiempo de tratamiento en horas, X:
denomina al acero AISI 304: A y AISI 316: B, T:
temperatura en ºC y a: representa la atmósfera del
tratamiento dinámica mientras que la atmósfera
estanca solo esta representada por tXT.
2. Caracterización
Para la identificación de las fases
cristalinas se realizó difracción de rayos X (DRX)
utilizando un difractómetro Rigaku operado a 35 kV
y 25 mA, radiación de Cr Kα (λ = 0.2291nm). Los
datos fueron adquiridos cada 0.05º a 3º/min en un
rango de 2θ desde 30 a 140º. Las fases cristalinas
fueron identificadas con referencia a la base de
datos PDF-ICDD. Para un mapeo inicial de la
superficie se utilizó fotografía con lupa, aumento
200X. Se utilizó un Microscopio Electrónico de
Barrido marca LEO 1450VP, para el estudio de la
morfología superficial, resultante del tratamiento
térmico realizado. La adherencia de capa de óxido
generada en la superficie se estudio con test de
adherencia, que consiste en someter al monolito a
condiciones rigurosas de trabajo. Se coloca el
monolito en éter de petróleo en ultrasonido durante
30 min, la diferencia de pesada permite calcular el
porcentaje de masa perdida [9].
3
XXII CICAT – Congreso Iberoamericano de Catálisis
3. Evaluación catalítica
El monolito seleccionado fue evaluado en
la oxidación total de acetato de etilo utilizando un
reactor de cuarzo operado a presión atmosférica. El
caudal de alimentación fue de 300 ml/min, con una
carga de 4000 mgC/m3 diluidos en aire. La
temperatura de reacción, medida con una
termocupla ubicada sobre el monolito, se
incrementó desde 80°C hasta conversión total del
Acetato de etilo. Los reactivos y productos fueron
analizados on-line por cromatografía gaseosa
usando un cromatógrafo Buck Scientific Mod 910
equipado con una columna Porapak T, metanizador
y detector de ionización de llama (FID).
homogéneo, mientras que el AISI 304 es menos
dúctil y el mecanizado provoca irregularidades a
nivel superficial, que a su vez, genera puntos
posibles de corrosión. Esto se observa claramente
en las superficies de ambos aceros con tratamiento
térmico. En la figura 2 están representados por
medio de fotografía con lupa, los aceros en
diferentes condiciones de tratamiento, donde el AISI
316 expone en su superficie la formación de una
ligera capa de óxido no uniforme. Esto permite
realizar una discriminación entre ambos aceros, ya
que una de las metas de este trabajo es lograr
obtener una capa de óxido en la superficie del
material, homogénea en toda la superficie, para
descartar la posibilidad de que exista la formación
de aglomerados de catalizador una vez que se
realice la deposición del mismo.
Resultados y Discusión
Los parámetros de estudio han sido
seleccionados en base a la necesidad de generar
en la superficie de los aceros, rugosidad adecuada
para permitir el anclaje físico del catalizador
utilizando el método de washcoating y/o generar in
situ la fase activa optimizada anteriormente por el
grupo de trabajo [5]. Si bien, este es el objetivo
principal, el número de parámetros ha sido
restringido en base a las condiciones económicas,
principalmente, al consumo energético requerido
por el tratamiento térmico y al posible escalado a
nivel industrial.
La superficie de ambos aceros sin ataque
térmico, presentan diferencias visibles, debido a las
propiedades mecánica que les confieren la
presencia de cada uno de sus componentes en
diferentes porcentajes. En la Figura 1a y 1b se
muestran las morfologías de los aceros AISI 304 y
AISI 316.
Fig. 1. Microfotografías SEM de los aceros sin tratamiento
térmico. a) AISI 304, b) AISI 316
El Mo en el acero AISI 316 mejora la
ductibilidad, haciendo que el laminado fino del
material tenga un acabado superficial más
Fig. 2. Fotografías con lupa de los aceros AISI 304 y AISI 316
después de distintos tratamientos térmicos.
En el caso del AISI 304, no hay dudas de
que la capa corroída es uniforme a simple vista y el
4
XXII CICAT – Congreso Iberoamericano de Catálisis
tratamiento térmico aplicado a este acero tiene
mejores resultados a nivel morfológico.
A pesar que el AISI 316 es más dúctil para
trabajar y construir monolitos, y por lo tanto, sería el
material mecánicamente más adecuado para este
propósito, se descarta en este trabajo por su mayor
resistencia a la corrosión en las condiciones de
trabajo propuestas lo que no permite alcanzar una
capa de óxido adecuada. No obstante podría
lograrse su corrosión sometiéndolo a altas
temperaturas durante tiempos más prolongados y
en atmósfera con vapor de agua y/o O2 [10-13].
Análisis de rugosidad
La influencia de las condiciones de
oxidación, tiempo, temperatura y atmósfera, en la
ganancia de masa de chapas lisas de acero AISI
304 se muestran en la tabla 1. El porcentaje de
masa ganada crece con el aumento de temperatura
y el tiempo de exposición, pero no lo hace de forma
lineal. Seiki y col. [14, 15] reportaron haber
encontrado que la capa de óxido formada a 1000 ºC
crecía con el tiempo, pero no linealmente. Ellos
reportaron que, inicialmente, la velocidad de
oxidación era alta, y decrecía después de un
periodo relativamente corto.
embargo, estos ensayos se realizaron sobre
muestras de chapas lisas. Al reproducir el
tratamiento sobre monolitos armados, se observó
que en flujo de aire en las condiciones más severas
de 4 hs y 900 ºC, la capa de óxido formada sobre la
zona corrugada del monolito se descascara
fácilmente. (Fig 3.).
a)
Tabla 1.
Masa ganada en condiciones de oxidación del acero AISI 304 en
atmósfera estanca y en aire.
Temp.
(ºC)
Tiempo
(hs)
Atmósfera
800
800
800
850
850
850
900
900
900
800
800
800
850
850
850
900
900
900
1
2
4
1
2
4
1
2
4
1
2
4
1
2
4
1
2
4
Estanca
Estanca
Estanca
Estanca
Estanca
Estanca
Estanca
Estanca
Estanca
Aire
Aire
Aire
Aire
Aire
Aire
Aire
Aire
Aire
Masa
ganada
(%)
0.05
0.12
0.2
0.2
0.25
0.5
0.25
0.5
0.87
0.07
0.08
0.09
0.2
0.27
0.29
0.25
0.35
0.77
Denominación
1A800
2A800
4A800
1A850
2A850
4A850
1A900
2A900
4A900
1A800a
2A800a
4A800a
1A850a
2A850a
4A850a
1A900a
2A900a
4A900a
b)
Fig. 3. Monolitos con 1, 2 y 4 hs de tratamiento térmico a 900 ºC
en atmósfera de aire.
c)
Fig. 4. Microfotografías SEM del acero AISI 304. a) Variación del
tiempo en atmósfera estanca, b) Aumento de temperatura en
atmósfera de aire, c) Aumento de temperatura en atmósfera de
aire.
En los ensayos de test de adherencia no se
observó perdida de masa de la capa de óxido. Sin
Esto podría deberse, a que el esfuerzo
mecánico al que fue sometido el material para
5
XXII CICAT – Congreso Iberoamericano de Catálisis
lograr el corrugado, sumado a la diferencia entre los
coeficientes de expansión térmica del acero y la
capa de óxido, debilita la superficie, dejando
expuestos algunos sectores con más defectos que
otros
donde la temperatura actúa más
severamente, provocando la pérdida de adherencia
del óxido.
La influencia de la atmósfera oxidante
puede observarse en la figura 4. En atmósfera
estanca se observó que a 900 ºC se consigue el
mayor crecimiento de óxidos en la superficie,
aumentando con el tiempo de exposición (Fig. 4.a.),
sin embargo, el tamaño de cristal formado es
demasiado pequeño y no genera espacios entre
ellos que faciliten el anclaje de la fase activa.
En atmósfera de aire se favorece el
crecimiento de cristales octaédricos y obleas
hexagonales.
El
aumento
de
temperatura
incrementa la densidad de óxido formado, pero este
crecimiento no alcanza a formar una superficie apta
para los requerimientos del trabajo (Fig. 4.b.).
Al aumentar el tiempo de tratamiento
térmico en atmósfera de aire los cristales aumentan
su tamaño, definiendo las formas octaédricas y las
obleas
hexagonales
en
ángulos
casi
perpendiculares. En atmósfera estanca solo se
observa con la variación del tiempo un incremento
en cantidad de óxido formado [16]. En la zona que
rodea estas formaciones, se observa que los
cristales disminuyen su tamaño, esto puede
deberse a la difusión del Fe hacia la parte más
interna de la cascarilla de óxido, formando Fe3C,
mientras que el Cr migra hacia las obleas
hexagonales (Fig. 4.c).
Fig. 5. Microfotografía SEM del acero AISI 316 después de un
tratamiento térmico de 4 hs en atmósfera estanca a 900 ºC.
En la figura 5 se muestra el acero AISI 316
y su morfología superficial. Claramente este acero
es más difícil de corroer y en las condiciones que se
han propuesto no se logra una rugosidad adecuada.
Estas evidencias, corroboran la decisión de
no trabajar con este acero en estas condiciones de
trabajo, como se mencionó anteriormente.
Análisis de composición química
Si bien, la homogeneidad de la capa de
óxido formada y la buena adherencia que presenta,
es fundamental para los requerimientos propuestos,
también lo es la morfología real de la superficie y las
especies que predominan.
La capa de óxido fue caracterizada por
difracción de rayos X, figura 6, donde se presentan
los difractogramas del acero AISI 304 sin tratar y las
muestras con tratamiento térmico durante 4 hs en
flujo de aire a 800, 850 y 900 ºC. Se observan las
líneas de difracción de la fase Eskolaita (PDF 381479), MnCr2O4 (PDF 75-1614), Fe3C (PDF 892722) y la fase característica del acero AISI 304, la
austeníta (PDF 31-0619).
Fig. 6. Difracción de rayos X de AISI 304 sin tratamiento térmico
y con 4 hs a 800, 850 y 900 ºC en flujo de aire.
La tabla 2 muestra los resultados obtenidos
por microanálisis por medio de EDX. La oxidación
del acero AISI 304 resulta en la formación de una
capa de óxido constituida principalmente por óxidos
mixtos de Cr-Fe y óxidos de Cr-Mn-Fe. [17]. EDX en
distintos puntos de las muestras a 900 ºC en
atmósfera estanca durante 1 y 4 hs de tratamiento,
reveló, que el contenido de Cr y Mn aumentó un 87
y 280% de 1 a 4 hs. Esto puede atribuirse a la
formación de MnCr2O4 detectado por DRX. El
mecanismo de crecimiento de la capa de óxido
formada podría explicarse con lo propuesto por
Riffard y col. [18], donde en flujo de aire, tiempo
menor de 10 hs y 1000 ºC, parte del manganeso
presente en la composición de acero migra hacia la
superficie por acción de la temperatura para formar
óxidos mixtos de Cr-Mn. El contenido de Fe
disminuye en un 33% y esto concuerda con la teoría
de la formación de Fe3C en la parte más interna de
la cascarilla. En las muestras tratadas en atmósfera
de aire con la variación de la temperatura a un
tiempo fijo, se observa una tendencia similar de la
composición de los elementos constituyentes. El Cr
aumenta en promedio un 25% cada 50 ºC, el Mn se
incrementa en un 48% de 800 a 850 ºC y un 80%
6
XXII CICAT – Congreso Iberoamericano de Catálisis
desde 850 a 900 ºC, mientras que el Fe disminuye
un 14% cada 50 ºC. Observando la figura 4.b. se
puede atribuir el incremento en Cr y Mn a la
formación de cristales de óxido de Mn ricos en Cr
(MnCr2O4).
En las zonas de cristales uniformes de
menor tamaño, se observa un aumento
considerable en la cantidad de Cr presente, cuando
se aumenta el tiempo de exposición en la muestra
tratada a 900ºC en flujo de aire.
Monolito
AISI 304
*1A900
*4A900
*1A800a
*1A850a
*1A900a
*2A900a
*4A900a
2A900a Hexágono
4A900a Hexágono
Composición (p/p%)
Cr
Mn
Fe
18.94
1.37
71.72
31.74
3.57
49.77
59.40
13.85
16.61
20.91
1.92
66.39
25.18
4.78
56.96
32.98
8.68
48.94
37.09
6.39
43.89
59.19
7.29
14.87
47.69
6.28
31.16
59.19
7.29
14.87
* zona homogénea
Esto se debe, probablemente, a la
migración del Cr hacia las obleas hexagonales,
cuya composición por EDX demuestran un claro
enriquecimiento en este elemento por la formación
de Cr2O3. Esta observación está de acuerdo con lo
reportado por Heredia y col. [16]. Los cristales
octaédricos disminuyen de tamaño con el aumento
del tiempo de exposición como se observa en la
figura 4.c. Estos cristales son ricos en Cr, que
posiblemente migra hacia las obleas hexagonales y
favorece la formación de una superficie más
homogénea en tamaño de cristales y más ricos en
Mn.
Es de suponer que la superficie más
adecuada para facilitar el anclaje físico del
catalizador, seria la que generan las obleas
hexagonales de mayor tamaño, ya que entre ellas el
espacio es de entre 4 a 6 µm (Fig 4.c.). Esto es
suficiente para que partículas de catalizador entre
5µm de diámetro hasta tamaños aproximados de
7.5 - 8µm (2/3 del diámetro), suponiendo que estas
tienen geometría esférica, pueda anclarse sin
problemas (Fig. 7). Esta condición es la más
extrema de las propuestas en el trabajo (900 ºC
durante 4 h en atmósfera de aire), pero presenta el
inconveniente de que no posee buena adherencia.
Fig. 7. Diagrama de partículas de diferente tamaño ancladas
físicamente en la superficie rugosa del acero.
Desde el punto de vista químico, todos los
soportes presentaron condiciones que favorecerían
la afinidad química con el catalizador y teniendo en
cuenta las limitaciones de adherencia descriptas,
son aptos para impregnarlos con precursores de los
elementos constituyentes del catalizador. No
obstante, desde el punto de vista topográfico y para
la deposición de fase activa por washcoating,
teniendo en cuenta la estabilidad de la película de
óxido formada, la calcinación a 900 ºC durante 2 hs
en flujo de aire es la condición que cumple con los
requerimientos del trabajo.
La evaluación de la performance catalítica
de los aceros tratados térmicamente puede mostrar
la potencialidad de estos materiales aptos para la
combustión de COVs. La performance catalítica del
monolito 2A900a es mostrada en la Figura 8.
100
2A900a
90
Conversion de Acetato de Etilo%
Tabla 2.
Microanálisis EDX
80
70
60
50
40
30
20
10
0
150
200
250
300
350
400
450
Temperatura (ºC)
Fig. 8. Conversión de Acetato de Etilo vs Temperatura del
monolito 2A900a.
Evidentemente, los óxidos presentes en la
superficie son catalizadores de la reacción a altas
temperaturas. La T80 (Temperatura a la cual la
conversión es del 80%) de 375 ºC para la
combustión de acetato de etilo es un clave indicador
de la potencialidad de este soporte y del margen
para mejorar su performance abriendo un alto
panorama de estrategias. Puede aprovecharse el
Fe presente en la composición del acero inoxidable
que forma el monolito, por medio de impregnación
con Mn como así también la adición simultanea de
Mn y Fe y ver la posibilidad de reproducir el
7
XXII CICAT – Congreso Iberoamericano de Catálisis
catalizador Fe-Mn obtenido en trabajos anteriores
[5]. No obstante la utilización de monolitos metálicos
de AISI 304 como soportes para washcoating
resulta también aceptable.
[17] A. Paul and J. A. Odriozola; Mater. Scien. And Engin. A 300
(2001) 22-33.
[18] N. Karimi, F. Riffard, F. Rabaste, S. Perrier, R. Cueff, C.
Issartel and H. Buscail; Appl. Surf. Scien. 254 (2008) 2292-2299.
Agradecimientos
Conclusiones
El acero AISI 316 es un material dúctil y
difícil de corroer. El tratamiento térmico no logra
generar en este acero y en condiciones definidas
como económicas, la rugosidad adecuada y
homogeneidad necesaria para poder depositar por
el método de washcoating el catalizador. Si bien, es
un material fácil de trabajar para el armado
mecánico de monolitos, no reúne los requisitos
fundamentales de superficie necesarios para
funcionar como soporte catalítico. El acero AISI 304
presenta una muy buena morfología superficial
luego del tratamiento térmico. La generación de
una capa de óxidos de Cr y Mn con diferentes
tamaños de cristales y buena adherencia,
proporciona una superficie con alta rugosidad y
espacios huecos capaces de albergar partículas de
catalizador. La generación in situ del catalizador
estudiado anteriormente por el grupo de trabajo no
fue posible en las condiciones estudiadas, no
obstante, obtener afinidad química entre la fase
activa y el soporte es posible, debido a los
constituyentes de la capa de óxido.
Los Autores agradecen el financiamiento de este
trabajo a la Universidad Nacional de San Luis, al CONICET y a
la Agencia Nacional de Promoción Científica y Técnica.
Referencias
[1] P. Avila, M. Montes and E. E. Miró; Chem. Engin. Journ., 109
(2005) 11-36.
[2] J. W. Geus and J.C. van Giezen; Catal. Today, 47 (1999) 169180.
[3] R. M. Heck, S. Gulati and R. J. Farrauto; Chem. Engin. Journ,
85 (2001) 149-156.
[4] L. M. Martinez T, D. M. Frías, M. A, Centeno, A. Paúl, M.
Montes and J. A. Odriozola; Chem. Engin. Journ., 136 (2008)
390-397.
[5] F. G. Durán, B. P. Barbero, L. E. Cadús, C. Rojas, M. A.
Centeno and J. A- Odriozola; Appl. Catal. B, 92 (2009) 194-201.
[6] D. M. Frías, S. Nousir, I. Barrio, M. Montes, L.M. Martínez T,
M.A. Centeno and J. A. Odriozola; Appl. Catal. A, 325 (2007) 205
-212.
[7] Roger Crookes, “Series y Materiales y sus Aplicaciones”, Euro
Inox, Bélgica, 2004 p 2.
[8] E. D. Padilla, “Aplicaciones de los Aceros Inoxidables”,
Facultad de Ingeniería geológica, Minera, Metalúrgica Y
Geográfica, Perú, 2008.
[9] B.P. Barbero, L. Costa-Almeida, O. Sanz, M.R Morales, L.E.
Cadús and M. Montes; Chem. Engin. Jour. 139 (2008) 430-435.
[10] K. Segerdahl, J.E. Stevensson and L.G. Johansson; Mater.
and Corros. 53 (2002) 479-485.
[11] F. Liu, J.E. Tang, H. Asteman, J.E. Svensson, L.G.
Johansson and M. Halvarsson; Oxide. Met. 77 (2009) 77-105.
[12] H. Asteman, J.E. Stevensson, L.G. Johansson and M. Norell;
Oxid. of Metals 52 (1999) 95-111.
[13] H. Asteman, J.E. Svensoon, M. Novell and L.G. Johansson;
Oxid. of Metals 54 (2000) 11-95.
[14] I. Saeki, H. Konno, R. Furuichi, T. Nakamura, K. Mabuchi
and M. Itoh; Corros. Sci. 40 (1998) 191.
[15] I. Saeki, H. Konno and R. Furuichi; Corros. Sci. 38 (1996)
19.
[16] M.A. Heredia,J. Lopéz and J. Botella; “Avances en Ciencia y
Tecnología del Acero Inoxidable 2”, Centro de Investigaciones
Científicas Isla de la Cartuja, Sevilla, 2003 p. 389.
8
XXII CICAT – Congreso Iberoamericano de Catálisis