Can ultrasound or pH influence Pd distribution on the surface of HAP to improve its catalytic properties in the dry reforming of methane?

Abstract

Se investiga la influencia del ultrasonido y los diferentes tratamientos previos de pH durante el dopaje con metal / modificación de un soporte de hidroxiapatita (HAP). HAP se sintetiza primero a través de una ruta sintética de plantilla dura utilizando nanorods de carbono, seguido de su caracterización fisicoquímica completa. Se encontró que el HAP era cristalino y comprendía una estructura mesoporosa como se observó a través de XRD y la adsorción de nitrógeno con un área de superficie BET de 97.57 (+/- 1.16) m (2) g (-1). Se emplearon metodologías de intercambio iónico asistido por ultrasonido (IE) e impregnación de humedad incipiente (IW) para decorar la superficie de HAP con Pd-0 y se compararon con procedimientos anteriores. También se estudia la influencia del pH sobre la distribución de Pd-0 en las muestras durante el proceso de dopaje. Todas las muestras preparadas se evaluaron por su actividad catalítica hacia el reformado en seco del metano (DRM) y la reacción se controló mediante un detector de conductividad térmica, junto con cromatografía de gases (GC-TCD). Se encontró que la IE asistida por ultrasonido aceleró significativamente el proceso de 3 días a 3 hy el metal Pd-0 permaneció altamente distribuido en el HAP con cambios menores en las conversiones catalíticas. Además, el método IW asistido por ultrasonido mejoró con éxito la distribución de Pd-0 y el rendimiento catalítico. Por otro lado, la dispersión del metal no se vio afectada después de los tratamientos de pH en IE sin observarse mejoras catalíticas, en contraste con la IW, donde se observó un aumento considerable en la distribución del metal y, posteriormente, un rendimiento catalítico.

The influence of ultrasound and different pH pre-treatments during the metal doping/modification of a hydroxyapatite (HAP) support is investigated. HAP is first synthesised via a hard-template synthetic route using carbon nanorods followed by their full physiochemical characterisation. The HAP was found to be crystalline and comprised a mesoporous structure as observed via XRD and nitrogen adsorption with a BET surface area of 97.57 (+/- 1.16) m(2) g(-1). Ultrasound-assisted ion exchange (IE) and incipient wetness impregnation (IW) methodologies were employed to decorate the surface of HAP with Pd-0 and are compared to previous procedures. The influence of pH upon the distribution of Pd-0 throughout the samples during the doping process is also studied. All the prepared samples were evaluated for their catalytic activity towards dry reforming of methane (DRM) and the reaction was monitored via a thermal conductivity detector, coupled with gas chromatography (GC-TCD). It was found that ultrasound-assisted IE significantly accelerated the process from 3 days to 3 h and with the Pd-0 metal remaining highly distributed upon the HAP with minor changes in catalytic conversions. Moreover, the ultrasound-assisted IW method successfully improved the Pd-0 distribution and catalytic performance. On the other hand, the dispersion of the metal was unaffected after pH treatments in IE with no catalytic improvements observed, in contrast to IW, where considerable increase in metal distribution and subsequently catalytic performance was observed.