ES2977942B2 - 3D STRUCTURED CATALYST BASED ON ACTIVATED CARBON - Google Patents

3D STRUCTURED CATALYST BASED ON ACTIVATED CARBON Download PDF

Info

Publication number
ES2977942B2
ES2977942B2 ES202330043A ES202330043A ES2977942B2 ES 2977942 B2 ES2977942 B2 ES 2977942B2 ES 202330043 A ES202330043 A ES 202330043A ES 202330043 A ES202330043 A ES 202330043A ES 2977942 B2 ES2977942 B2 ES 2977942B2
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
catalyst
printed
temperature
filament
catalyst according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES202330043A
Other languages
Spanish (es)
Other versions
ES2977942A1 (en
Inventor
Cabanillas Manuel Belmonte
López Pilar Miranzo
MIRANDA Mª ISABEL OSENDI
Gómez Asunción Quintanilla
Marcilla Gonzalo Vega
De Pedro Jose Antonio Casas
Herrezuelo Irene Díaz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Universidad Autonoma de Madrid
Original Assignee
Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Universidad Autonoma de Madrid
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC, Universidad Autonoma de Madrid filed Critical Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Priority to ES202330043A priority Critical patent/ES2977942B2/en
Priority to PCT/ES2024/070029 priority patent/WO2024156929A1/en
Publication of ES2977942A1 publication Critical patent/ES2977942A1/en
Application granted granted Critical
Publication of ES2977942B2 publication Critical patent/ES2977942B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/40Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
    • B01J23/44Palladium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J21/00Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
    • B01J21/18Carbon
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/60Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/02Impregnation, coating or precipitation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00Materials specially adapted for additive manufacturing
    • B33Y70/10Composites of different types of material, e.g. mixtures of ceramics and polymers or mixtures of metals and biomaterials
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00Products made by additive manufacturing
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen; Reversible storage of hydrogen
    • C01B3/02Production of hydrogen; Production of gaseous mixtures containing hydrogen
    • C01B3/22Production of hydrogen; Production of gaseous mixtures containing hydrogen by decomposition of gaseous or liquid organic compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen; Reversible storage of hydrogen
    • C01B3/02Production of hydrogen; Production of gaseous mixtures containing hydrogen
    • C01B3/22Production of hydrogen; Production of gaseous mixtures containing hydrogen by decomposition of gaseous or liquid organic compounds
    • C01B3/24Production of hydrogen; Production of gaseous mixtures containing hydrogen by decomposition of gaseous or liquid organic compounds of hydrocarbons
    • C01B3/26Production of hydrogen; Production of gaseous mixtures containing hydrogen by decomposition of gaseous or liquid organic compounds of hydrocarbons using catalysts
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041Composition of the catalyst
    • C01B2203/1047Group VIII metal catalysts
    • C01B2203/1064Platinum group metal catalysts
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041Composition of the catalyst
    • C01B2203/1082Composition of support materials

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

Catalizador estructurado en 3D basado en carbón activo3D structured catalyst based on activated carbon

La presente invención se refiere a un catalizador autosoportado y altamente poroso que comprende una estructura tridimensional (3D) impresa de carbón activo (C A ) o carbón activo oxidado (C A -O X ) y óxido de aluminio (AI2O3), recubierto por nanopartículas de paladio (Pd). La invención también se refiere a su procedimiento de obtención mediante impresión directa de tinta (DIW ) y a su uso como catalizador en la producción de hidrógeno (H2) libre de monóxido de carbono (C O ) a partir de la deshidrogenación catalítica de ácido fórmico (AF). The present invention relates to a self-supporting and highly porous catalyst comprising a printed three-dimensional (3D) structure of activated carbon (CA) or oxidized activated carbon (CA-OX) and aluminum oxide (AI2O3), coated by palladium (Pd) nanoparticles. The invention also relates to its production process by direct ink printing (DIW) and to its use as a catalyst in the production of carbon monoxide (CO)-free hydrogen (H2) from the catalytic dehydrogenation of formic acid (FA).

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓNBACKGROUND OF THE INVENTION

El polvo de carbón activo (CA) tiene una elevada porosidad y superficie específica, por lo que es utilizado como adsorbente y soporte catalítico, propiedades que se incrementarían si se estructura como material en 3D con elevada porosidad a partir de un patrón de impresión celular. Activated carbon (AC) powder has high porosity and specific surface area, so it is used as an adsorbent and catalytic support, properties that would be increased if it is structured as a 3D material with high porosity from a cellular printing pattern.

Una de las técnicas más comunes de fabricación aditiva o impresión 3D de CA es la estereolitografía (SLA), donde a partir de una fotoresina líquida se fabrica una estructura 3D porosa polimérica que se transforma en carbón activo mediante un proceso de pirólisis a alta temperatura y posterior activación en dióxido de carbono (CO2) (H. Steldinger et al., “Activated Carbón in the Third Dimensión—3D Printing of a Tuned Porous Carbón”, Adv. Sci. 6 (2019) 1901340). One of the most common additive manufacturing or 3D printing techniques of AC is stereolithography (SLA), where a porous polymeric 3D structure is manufactured from a liquid photoresin that is transformed into activated carbon through a high-temperature pyrolysis process and subsequent activation in carbon dioxide (CO2) (H. Steldinger et al., “Activated Carbon in the Third Dimension—3D Printing of a Tuned Porous Carbon”, Adv. Sci. 6 (2019) 1901340).

La impresión directa de tintas (en inglés Direct Ink Writing, DIW) o robocasting es otra de las técnicas de fabricación aditiva más empleadas. Tiene como ventajas frente a SLA el ser más versátil, barata, y sin limitación de composiciones a imprimir. Se han impreso por DIW electrodos de CA a partir de un aerogel orgánico que se ha pirolizado en nitrógeno y, posteriormente, activado en CO2 (US2018345598A1 y S. Chandrasekaran et al., “Direct ink writing of organic and carbón aerogels”, Mater. Horiz. 5 (2018) 1166). Sin embargo, estos procesos a partir de material polimérico implican numerosas etapas, incluyendo la pirólisis y conversión en carbón de la estructura 3D impresa, y la activación de la misma, etapas que no siempre permiten alcanzar un 100% de rendimiento en la formación de CA. Direct ink writing (DIW) or robocasting is another of the most widely used additive manufacturing techniques. Its advantages over SLA include being more versatile, cheaper, and with no limitation on the compositions to be printed. AC electrodes have been printed using DIW from an organic aerogel that has been pyrolyzed in nitrogen and subsequently activated in CO2 (US2018345598A1 and S. Chandrasekaran et al., “Direct ink writing of organic and carbon aerogels,” Mater. Horiz. 5 (2018) 1166). However, these processes using polymeric materials involve numerous steps, including the pyrolysis and conversion of the printed 3D structure into carbon, and its activation, steps that do not always allow 100% yield in AC formation.

Mendes et al. (Mendes et al., “3D-printed hybrid zeolitic/carbonaceous electrically conductive adsorbent structures”, Chem. Eng. Res. Des. 174 (2021) 442-453) han desarrollado mediante DIW dos tipos de estructuras 3D porosas basadas en CA para adsorción de CO2 que contienen bentonita y/o zeolita. El procedimiento que describen incluye una etapa de pirolización en nitrógeno a 5500C y las estructuras que obtienen no presentan una gran porosidad por lo que su actividad catalítica está comprometida. Mendes et al. (Mendes et al., “3D-printed hybrid zeolitic/carbonaceous electrically conductive adsorbent structures”, Chem. Eng. Res. Des. 174 (2021) 442-453) have developed two types of porous 3D AC-based structures for CO2 adsorption using DIW, containing bentonite and/or zeolite. The procedure they describe includes a pyrolysis step in nitrogen at 5500C, and the structures they obtain do not have a high porosity, so their catalytic activity is compromised.

Otros autores han desarrollado materiales celulares de CA en 3D mediante DIW a partir de composiciones con CA. Por ejemplo, Verougstraete et al. (Verougstraete et al., “Electrical swing adsorption on 3D-printed activated carbón monoliths for CO2 capture from biogas”, Sep. Purif. Technol. 299 (2022) 121660) han fabricado estructuras 3D para captura de CO2 conteniendo 50% en peso de CA y 50% en peso de silicato de potasio. Acuña-Bedoya et al. (Acuña-Bedoya et al., “Integration of the adsorption and electro-oxidation process using 3D printed activated carbón monoliths for the degradation of pharmaceutical compounds”, J. Environ. Chem. Eng. 10 (2022) 108203) han fabricado estructuras 3D para degradación de compuestos farmacéuticos por adsorción-electrooxidación conteniendo un 32% en peso de CA y un 68% en peso de celulosa. Regufe et al. (Regufe et al., “Electrical conductive 3D-printed monolith adsorbent for CO2 capture”, Micropor. Mesopor. Mat. 278 (2019) 403-413) han fabricado estructuras 3D para captura de CO2 conteniendo un 30% en peso de CA y un 70% en peso de zeolita. Todos estos documentos describen estructuras 3D con contenidos de CA relativamente bajos. Other authors have developed 3D AC cellular materials by DIW from AC composites. For example, Verougstraete et al. (Verougstraete et al., “Electrical swing adsorption on 3D-printed activated carbon monoliths for CO2 capture from biogas”, Sep. Purif. Technol. 299 (2022) 121660) have fabricated 3D structures for CO2 capture containing 50 wt% AC and 50 wt% potassium silicate. Acuña-Bedoya et al. (Acuña-Bedoya et al., “Integration of the adsorption and electro-oxidation process using 3D printed activated carbon monoliths for the degradation of pharmaceutical compounds”, J. Environ. Chem. Eng. 10 (2022) 108203) have fabricated 3D structures for pharmaceutical compound degradation by adsorption-electrooxidation containing 32 wt% AC and 68 wt% cellulose. Regufe et al. (Regufe et al., “Electrical conductive 3D-printed monolith adsorbent for CO2 capture”, Micropor. Mesopor. Mat. 278 (2019) 403-413) have fabricated 3D structures for CO2 capture containing 30 wt% AC and 70 wt% zeolite. All these papers describe 3D structures with relatively low AC contents.

Por otra parte, ES2829958B2 describe el procedimiento para obtener monolitos estructurados de CA a partir de un molde de acetato de polivinilo hecho previamente por impresión 3D. Este molde es rellenado con una mezcla compuesta por CA y una disolución precursora polimérica basada en resorcinol, formaldehído, catalizador básico y polímero de almidón de origen natural. Posteriormente, la mezcla molida, tamizada y empaquetada en el molde 3D es gelificada y curada. Finalmente, el molde se elimina mediante carbonización y queda una estructura 3D de CA. Las estructuras 3D de CA se obtienen por un método indirecto de réplica de un molde. On the other hand, ES2829958B2 describes the process for obtaining structured CA monoliths from a polyvinyl acetate mold previously made by 3D printing. This mold is filled with a mixture composed of CA and a polymer precursor solution based on resorcinol, formaldehyde, a basic catalyst, and a naturally occurring starch polymer. The ground, sieved, and packed mixture in the 3D mold is then gelled and cured. Finally, the mold is removed by carbonization, leaving a 3D CA structure. 3D CA structures are obtained by an indirect mold replication method.

La demanda de hidrógeno ha crecido considerablemente, en especial, como combustible capaz de producir energía verde. En el documento CN114192148A se describe la impresión 3D de un soporte basado en aleaciones metálicas que son posteriormente desaleadas y reducidas para la obtención del catalizador 3D, el cual es empleado en la producción de H2 mediante reformado de metanol. En la reacción se produce además CO, lo cual es un serio inconveniente ya que, por un lado, desactiva el catalizador y, por otro, pequeñas cantidades de CO (> 10 ppm) incluidas en el H2 envenenan los electrodos de las celdas de combustible donde se emplee el H2. Demand for hydrogen has grown considerably, especially as a fuel capable of producing green energy. Document CN114192148A describes the 3D printing of a support based on metal alloys that are subsequently dealloyed and reduced to obtain the 3D catalyst, which is used in the production of H2 by methanol reforming. The reaction also produces CO, which is a serious drawback since, on the one hand, it deactivates the catalyst and, on the other, small amounts of CO (> 10 ppm) included in the H2 poison the electrodes of fuel cells where H2 is used.

Se han descrito procedimientos de obtención de hidrógeno a partir de AF. Así, CN110479256 (A) describe la preparación de un catalizador en polvo basado en mezcla de CA, sal de paladio (Pd) y sal de plata (Ag) para la obtención de hidrógeno a partir de AF. Por otra parte, Caiti et al. (Caiti et al., Continuous Production of Hydrogen from Formic Acid Decomposition Over Heterogeneous Nanoparticle Catalysts: From Batch to Continuous Flow, ACS Catal. 9 (2019) 9188-9198) han empleado un catalizador comercial en polvo compuesto por CA conteniendo 5% en peso de Pd para la producción de hidrógeno a partir de AF. La conversión de AF es del 81% a una temperatura de 500C, y del 100% a partir de temperaturas de 900C. En estos casos, el inconveniente es que la desactivación del catalizador es exponencial desde el comienzo de la reacción. Methods for obtaining hydrogen from AF have been described. Thus, CN110479256 (A) describes the preparation of a powder catalyst based on a mixture of CA, palladium salt (Pd) and silver salt (Ag) for obtaining hydrogen from AF. On the other hand, Caiti et al. (Caiti et al., Continuous Production of Hydrogen from Formic Acid Decomposition Over Heterogeneous Nanoparticle Catalysts: From Batch to Continuous Flow, ACS Catal. 9 (2019) 9188-9198) have used a commercial powder catalyst composed of CA containing 5% by weight of Pd for the production of hydrogen from AF. The AF conversion is 81% at a temperature of 500C, and 100% from temperatures of 900C. In these cases, the disadvantage is that the deactivation of the catalyst is exponential from the beginning of the reaction.

Por tanto, sería deseable disponer de un catalizador 3D altamente poroso para la obtención de H2 a partir de AF que permita producirlo libre de CO, es decir, con un 100% de selectividad, y que mantenga la capacidad de conversión y la selectividad durante tiempos prolongados de uso. Therefore, it would be desirable to have a highly porous 3D catalyst for obtaining H2 from AF that allows its production free of CO, i.e., with 100% selectivity, and that maintains the conversion capacity and selectivity over prolonged periods of use.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓNDESCRIPTION OF THE INVENTION

En un primer aspecto, la presente invención se refiere a un catalizador 3D Pd/CA caracterizado por que comprende: In a first aspect, the present invention relates to a 3D Pd/CA catalyst characterized in that it comprises:

• una estructura tridimensional impresa de filamentos, donde los filamentos comprenden poros, donde cada filamento está formado por • a printed three-dimensional structure of filaments, where the filaments comprise pores, where each filament is formed by

ocarbón activo (CA) y/o carbón activo oxidado (CA-OX); y activated carbon (AC) and/or oxidized activated carbon (AC-OX); and

ooxido de aluminio (AI2Ü3); y aluminum oxide (AI2Ü3); and

• un recubrimiento heterogéneo de nanopartículas de paladio (Pd) sobre toda la superficie de la estructura tridimensional de filamentos, • a heterogeneous coating of palladium (Pd) nanoparticles over the entire surface of the three-dimensional filament structure,

donde: where:

el porcentaje en peso de la estructura tridimensional impresa es de entre el 90% y el 99% respecto al total del peso del catalizador; The weight percentage of the printed three-dimensional structure is between 90% and 99% of the total weight of the catalyst;

la cantidad del recubrimiento de Pd es de entre el 1% y el 10% en peso respecto al total del peso del catalizador, y The amount of Pd coating is between 1% and 10% by weight relative to the total weight of the catalyst, and

donde la estructura 3D impresa comprende al menos dos estructuras bidimensionales de filamentos, una primera estructura bidimensional y una segunda estructura bidimensional, donde la primera estructura bidimensional y la segunda estructura bidimensional están apiladas, son paralelas y están giradas entre sí entre 86o y 94°, preferiblemente entre 89o y 91°, donde la estructura tridimensional a su vez comprende canales abiertos formando un patrón de macroporos interconectados where the 3D printed structure comprises at least two two-dimensional filament structures, a first two-dimensional structure and a second two-dimensional structure, where the first two-dimensional structure and the second two-dimensional structure are stacked, are parallel and are rotated relative to each other between 86° and 94°, preferably between 89° and 91°, where the three-dimensional structure in turn comprises open channels forming a pattern of interconnected macropores

donde cada estructura bidimensional de filamentos comprende al menos 3 filamentos, un primer filamento, un segundo filamento y un tercer filamento, los 3 con trayectoria rectilínea y en la misma dirección paralelos entre sí; where each two-dimensional filament structure comprises at least 3 filaments, a first filament, a second filament and a third filament, all 3 with a straight path and in the same direction parallel to each other;

donde el filamento tiene un diámetro final de entre 225 pm y 1,080 una distancia entre filamentos de entre 0,65 y 0,75 mm; where the filament has a final diameter of between 225 pm and 1,080 and a distance between filaments of between 0.65 and 0.75 mm;

donde la estructura tridimensional impresa es una estructura sin marco exterior; y donde la estructura tridimensional impresa tiene una densidad de entre 0,34 g cm-3 y 0,46 g cm'3 y una porosidad total de entre 84% y 87%. where the printed three-dimensional structure is a frameless structure; and where the printed three-dimensional structure has a density of between 0.34 g cm-3 and 0.46 g cm'3 and a total porosity of between 84% and 87%.

Los catalizadores 3D Pd/CA de la presente invención son estructuras altamente porosas de CA/AI2O3 o CA-OX/AI2O3, con porosidades totales de hasta el 87% obtenidas a partir de distintas tintas acuosas con contenidos en peso de entre un 90% y 99% en CA o CA-OX, más entre 1% y 10% en peso de bohemita (contenido en sólidos de la tinta del 40% en peso con respecto al total de la tinta), la cual se transforma a AI2O3 con un tratamiento térmico posterior para darle consistencia mecánica a la estructura 3D. Estos contenidos de CA o CA-OX (90%) en la estructura 3D aumentan de forma considerable la porosidad del monolito, lo que permite mejorar su desempeño como soporte o material catalítico. Otras tintas desarrolladas que contienen un 70% en peso de CA o CA-OX y un 30% de bohemita (contenido en sólidos en la tinta del 42% en peso con respecto al total de la tinta) como material inicial que en el producto final estará en forma de AI2O3 por el tratamiento térmico al que es sometido, tal y como se ha explicado anteriormente. The 3D Pd/CA catalysts of the present invention are highly porous CA/AI2O3 or CA-OX/AI2O3 structures, with total porosities of up to 87% obtained from different aqueous inks with weight contents between 90% and 99% in CA or CA-OX, plus between 1% and 10% by weight of boehmite (ink solids content of 40% by weight with respect to the total ink), which is transformed into AI2O3 with a subsequent heat treatment to give mechanical consistency to the 3D structure. These CA or CA-OX contents (90%) in the 3D structure considerably increase the porosity of the monolith, which allows improving its performance as a support or catalytic material. Other developed inks containing 70% by weight of CA or CA-OX and 30% boehmite (solids content in the ink of 42% by weight with respect to the total ink) as initial material which in the final product will be in the form of AI2O3 due to the heat treatment to which it is subjected, as explained above.

Los catalizadores 3D Pd/CA de la invención tienen la ventaja de que se mantiene la conversión durante tiempos prolongados, hasta al cabo de 30 h de reacción, y siempre con una selectividad del 100% a hidrógeno debido el efecto sinérgico entre el catalizador de Pd y el soporte de carbón activo. Si el catalizador y/o el soporte fueran diferentes no se obtendrían estas ventajas. The 3D Pd/CA catalysts of the invention have the advantage of maintaining conversion for extended periods, up to 30 h of reaction time, and always with 100% selectivity to hydrogen due to the synergistic effect between the Pd catalyst and the activated carbon support. These advantages would not be achieved if the catalyst and/or support were different.

En la estructura del catalizador definida anteriormente, la característica del giro entre 86o y 94° entre las dos estructuras bidimensionales de filamentos generan el patrón de canales abiertos interconectados formando macroporos. In the catalyst structure defined above, the characteristic of the twist between 86° and 94° between the two two-dimensional filament structures generates the pattern of interconnected open channels forming macropores.

La falta de marco exterior definida indica que no se imprime un filamento exterior por capa que encuadre la estructura. La ventaja de no tener marco exterior es que aumente el área superficial de la estructura 3D para la posterior infiltración con el catalizador. The lack of a defined outer frame indicates that no outer filament is printed per layer to enclose the structure. The advantage of not having an outer frame is that it increases the surface area of the 3D structure for subsequent catalyst infiltration.

Todas las medidas de distancias y dimensiones se realizan mediante directa por microscopía óptica y/o electrónica de barrido. La densidad geométrica (pgeo) se ha calculado a partir de su peso y dimensiones. La porosidad total (m) se ha determinado a partir de la siguiente expresión: m = 100 - (pgeo x 100/pt), donde pt es la densidad teórica de CA/AI2O3 utilizando la regla de las mezclas y como densidades de CA (y del CA-OX, que es la misma) yAL03 de 2,10 gcm -3 y 3,98 gcm -3, respectivamente. All measurements of distances and dimensions are made by direct optical and/or scanning electron microscopy. The geometric density (pgeo) has been calculated from its weight and dimensions. The total porosity (m) has been determined from the following expression: m = 100 - (pgeo x 100/pt), where pt is the theoretical density of CA/AI2O3 using the rule of mixtures and as densities of CA (and CA-OX, which is the same) and AL03 of 2.10 gcm -3 and 3.98 gcm -3, respectively.

Por otro lado, el óxido de aluminio (AI2O3) proviene de la transformación de la bohemita contenida en las tintas para obtener las estructuras impresas tras realizar el tratamiento térmico a 13000C en atmósfera de vacío. On the other hand, aluminum oxide (AI2O3) comes from the transformation of boehmite contained in the inks to obtain the printed structures after heat treatment at 13000C in a vacuum atmosphere.

En el catalizador de la invención definido anteriormente, las nanopartículas de Pd están soportadas sobre la estructura tridimensional impresa de filamentos o el monolito de CA/AI2O3, CA-OX/AI2O3 o la mezcla de C A y CA-OX/AI2O3. In the catalyst of the invention defined above, the Pd nanoparticles are supported on the printed three-dimensional structure of filaments or the monolith of CA/AI2O3, CA-OX/AI2O3 or the mixture of CA and CA-OX/AI2O3.

A lo largo de la invención, las estructuras tridimensional impresas también se nombrarán monolitos. Throughout the invention, printed three-dimensional structures will also be referred to as monoliths.

A lo largo de la presente invención el término “catalizador 3D Pd/CA” se refiere al catalizador objeto de la invención tal y como se ha definido en el párrafo anterior. Throughout the present invention, the term “3D Pd/CA catalyst” refers to the catalyst object of the invention as defined in the previous paragraph.

En otra realización de la invención el Pd adicionalmente se encuentra en el interior de los poros de los filamentos. In another embodiment of the invention, the Pd is additionally located inside the pores of the filaments.

En otra realización la invención se refiere al catalizador 3D Pd/CA definido anteriormente, donde el AI2O3 está presente en fases cristalinas a, 5, 0 y/o cualquiera de sus combinaciones. In another embodiment, the invention relates to the 3D Pd/CA catalyst defined above, where the AI2O3 is present in crystalline phases a, 5, 0 and/or any of their combinations.

Las fases cristalinas a,5 y0de AI2O3 se determinan mediante difracción de rayos X. The crystalline phases at,5 and 0 of AI2O3 are determined by X-ray diffraction.

En otra realización preferida, el catalizador además comprende filamentos adicionales perpendiculares a los 3 filamentos rectilíneos uniendo dos a dos dichos filamentos, el primero con el segundo y el segundo con el tercero. In another preferred embodiment, the catalyst further comprises additional filaments perpendicular to the 3 rectilinear filaments, joining said filaments two by two, the first with the second and the second with the third.

En otra realización preferida, el catalizador comprende 2 estructuras bidimensionales adicionales, una tercera estructura bidimensional y una cuarta estructura bidimensional, con la misma orientación espacial dos a dos que las estructuras bidimensionales descritas anteriormente, más preferiblemente la primera estructura y la tercera están en la misma orientación espacial, y la segunda estructura bidimensional y la cuarta estructura bidimensional están en la misma orientación espacial. In another preferred embodiment, the catalyst comprises 2 additional two-dimensional structures, a third two-dimensional structure and a fourth two-dimensional structure, with the same two-by-two spatial orientation as the two-dimensional structures described above, more preferably the first and third structures are in the same spatial orientation, and the second two-dimensional structure and the fourth two-dimensional structure are in the same spatial orientation.

En otra realización la invención se refiere al catalizador 3D Pd/CA definido anteriormente donde la estructura tridimensional impresa es cilindrica, preferiblemente la estructura 3D impresa es cilindrica con un diámetro de entre 10 mm y 30 mm, más preferiblemente de 16,2 mm, y donde la estructura tridimensional impresa cilindrica tiene una altura de entre 1 mm y 30 mm, todavía más preferiblemente de 7,9 mm de altura, y aún más preferiblemente comprende al menos dos estructuras bidimensionales de filamentos, preferiblemente 12 estructuras bidimensionales de filamentos, donde las estructuras bidimensional están apiladas, son paralelas y están giradas entre sí entre 86o y 94°, preferiblemente entre 89o y 91°, más preferiblemente 90o, donde comprende canales abiertos formando un patrón de macroporos interconectados In another embodiment the invention relates to the 3D Pd/CA catalyst defined above where the printed three-dimensional structure is cylindrical, preferably the printed 3D structure is cylindrical with a diameter of between 10 mm and 30 mm, more preferably 16.2 mm, and where the cylindrical printed three-dimensional structure has a height of between 1 mm and 30 mm, even more preferably 7.9 mm in height, and even more preferably it comprises at least two two-dimensional filament structures, preferably 12 two-dimensional filament structures, where the two-dimensional structures are stacked, are parallel and are rotated relative to each other between 86° and 94°, preferably between 89° and 91°, more preferably 90°, where it comprises open channels forming a pattern of interconnected macropores.

donde cada estructura bidimensional comprende 3 o más filamentos rectilíneos por capa en la misma dirección, más preferiblemente de 3 a 60 filamentos, y todavía más preferiblemente 9 filamentos rectilíneos por capa en la misma dirección y paralelos entre sí; con un diámetro final del filamento de entre 225 pm y 1.080 pm, aún más preferiblemente 760 pm; una distancia entre filamentos de entre 0,65 y 0,75 mm, todavía aún más preferiblemente 0,71 mm; una estructura sin marco exterior; y una densidad de entre 0,34 g cm-3 y 0,46 g cm-3, más preferiblemente de 0,36 g-cm-3 y una porosidad total de entre 84% y 87%, más preferiblemente del 86%. wherein each two-dimensional structure comprises 3 or more rectilinear filaments per layer in the same direction, more preferably 3 to 60 filaments, and even more preferably 9 rectilinear filaments per layer in the same direction and parallel to each other; with a final filament diameter of between 225 pm and 1,080 pm, even more preferably 760 pm; a distance between filaments of between 0.65 and 0.75 mm, even more preferably 0.71 mm; a structure without an outer frame; and a density of between 0.34 g cm-3 and 0.46 g cm-3, more preferably 0.36 g-cm-3 and a total porosity of between 84% and 87%, more preferably 86%.

En otra realización, la invención se refiere al catalizador definido anteriormente, donde el catalizador presenta una porosidad total de hasta el 87%. In another embodiment, the invention relates to the catalyst defined above, wherein the catalyst has a total porosity of up to 87%.

En otra realización la invención se refiere al catalizador 3D Pd/CA, donde la estructura 3D impresa está presente en una cantidad del 95% en peso respecto al total del peso del catalizador. In another embodiment, the invention relates to the 3D Pd/CA catalyst, where the printed 3D structure is present in an amount of 95% by weight relative to the total weight of the catalyst.

La cantidad de nanopartículas de Pd presentes en el catalizador se han determinado por espectroscopia de fluorescencia de rayos-X por reflexión total. The amount of Pd nanoparticles present in the catalyst has been determined by total reflection X-ray fluorescence spectroscopy.

En otra realización la invención se refiere al catalizador 3D Pd/CA donde las nanopartículas de Pd tienen un tamaño de entre,4± 0,4 nm y 3,8 ± 0,7 mm; y preferiblemente menor o igual a 2 nm. In another embodiment, the invention relates to the 3D Pd/CA catalyst where the Pd nanoparticles have a size between 4 ± 0.4 nm and 3.8 ± 0.7 mm; and preferably less than or equal to 2 nm.

El tamaño de las nanopartículas de Pd se ha estimado mediante mediada directa por microscopía electrónica de transmisión. The size of Pd nanoparticles has been estimated by direct transmission electron microscopy.

En otra realización la invención se refiere al catalizador 3D Pd/CA, donde: In another embodiment the invention relates to the 3D Pd/CA catalyst, where:

la estructura 3D impresa está presente en una cantidad de entre el 90% y el 99%, preferiblemente en una cantidad del 95% en peso respecto al total del peso del catalizador; y The 3D printed structure is present in an amount of between 90% and 99%, preferably in an amount of 95% by weight relative to the total weight of the catalyst; and

las nanopartículas de Pd están presentes en una cantidad de entre el 1% y el 10% en peso respecto al total del peso del catalizador, preferiblemente del 5% en peso respecto al total del peso del catalizador. Pd nanoparticles are present in an amount of between 1% and 10% by weight relative to the total weight of the catalyst, preferably 5% by weight relative to the total weight of the catalyst.

En otra realización la invención se refiere al catalizador 3D Pd/CA, donde la estructura 3D impresa comprende entre un 55% y un 90,9% de CA y/o CA-OX y de entre un 9,1% y un 45% de AI2O3 preferiblemente entre un 70% y un 90,9% de CA y/o CA-OX y de entre un 9,1% y un 30% de AI2O3, más preferiblemente la estructura 3D impresa comprende un 90,5% de CA o CA-OX y un 9,5% de AI2O3. In another embodiment, the invention relates to the 3D Pd/CA catalyst, where the printed 3D structure comprises between 55% and 90.9% of CA and/or CA-OX and between 9.1% and 45% of AI2O3, preferably between 70% and 90.9% of CA and/or CA-OX and between 9.1% and 30% of AI2O3, more preferably the printed 3D structure comprises 90.5% of CA or CA-OX and 9.5% of AI2O3.

Otro aspecto de la invención se refiere a un procedimiento de obtención del catalizador 3D Pd/CA definido anteriormente que comprende las etapas de: Another aspect of the invention relates to a process for obtaining the 3D Pd/CA catalyst defined above, comprising the steps of:

a) impresión directa de tintas (DIW) acuosas basadas en mezclas de CA o CA-OX y gel de bohemita para obtener la estructura 3D; a) direct printing of aqueous inks (DIW) based on mixtures of CA or CA-OX and boehmite gel to obtain the 3D structure;

b) tratamiento térmico de la estructura 3D obtenida en la etapa (a) a una temperatura de entre 1200 0C y 1400 0C, preferiblemente a 1300 0C, en vacío, y durante un tiempo de entre 0,4 h y 2 h, preferiblemente durante 0,5 h, para transformar la bohemita en AI2O3, y preferiblemente con fases cristalinas a, 5, 0 y/o cualquiera de las combinaciones; b) heat treatment of the 3D structure obtained in step (a) at a temperature between 1200 0C and 1400 0C, preferably at 1300 0C, in vacuum, and for a time between 0.4 h and 2 h, preferably for 0.5 h, to transform boehmite into AI2O3, and preferably with crystalline phases a, 5, 0 and/or any of the combinations;

c) recubrimiento de la estructura 3D tras el tratamiento térmico de la etapa (b) con nanopartículas de Pd obtenidas a partir de PdCh disuelto en una disolución acuosa de HCI en una concentración de entre 0,2 M y 0,6 M, preferiblemente disuelto en una disolución acuosa de HCI en una concentración de 0,30 M, calentando previamente, durante un tiempo de entre 0,8 h y 3 h, preferiblemente durante 1 h, a una temperatura de entre 35 0C y 75 0C, preferiblemente a una temperatura de 65 0C, para seguidamente llevar a evaporación completa de la disolución acuosa de HCI a una temperatura entre 90 y 980C, preferiblemente a una temperatura de 950C; c) coating the 3D structure after the heat treatment of step (b) with Pd nanoparticles obtained from PdCh dissolved in an aqueous solution of HCl at a concentration of between 0.2 M and 0.6 M, preferably dissolved in an aqueous solution of HCl at a concentration of 0.30 M, previously heating, for a time of between 0.8 h and 3 h, preferably for 1 h, at a temperature of between 35 0C and 75 0C, preferably at a temperature of 65 0C, to then carry out complete evaporation of the aqueous solution of HCl at a temperature between 90 and 980 C, preferably at a temperature of 950 C;

d) lavado de la estructura 3D de Pd obtenida en la etapa (c) con agua milli O y a continuación secado a una temperatura entre 50 0C y 70 0C, preferiblemente a una temperatura de 600C, durante un tiempo de entre 10 hy24h, preferiblemente durante 12 h; d) washing the 3D Pd structure obtained in step (c) with milli O water and then drying at a temperature between 50 0C and 70 0C, preferably at a temperature of 600C, for a time between 10 h and 24 h, preferably for 12 h;

e) tratamiento de la estructura 3D de Pd obtenida en la etapa (d) con un gas reductor H2/N2 (100:50 mL-min'1) a una temperatura de entre 2000C y 350 0C, preferiblemente a 250 0C, durante un tiempo de entre 1,8 h y 4 h, preferiblemente durante un tiempo de 2 h, para obtener el catalizador 3D Pd/CA definido anteriormente. e) treatment of the 3D Pd structure obtained in step (d) with a reducing gas H2/N2 (100:50 mL-min'1) at a temperature between 2000C and 350 0C, preferably at 250 0C, for a time between 1.8 h and 4 h, preferably for a time of 2 h, to obtain the 3D Pd/CA catalyst defined above.

El procedimiento de obtención del catalizador de la presente invención es un método directo de obtención de estructuras 3D de CA, donde solo se requiere la mezcla del polvo original de CA o CA-OX con un gel de bohemita, la impresión por DIW y un tratamiento térmico para su consolidación, lo que disminuye el número de etapas respecto a los procedimientos descritos en el estado de la técnica, las materias primas empleadas, y los residuos generados, y es, por tanto, un método de fabricación más sostenible. The process for obtaining the catalyst of the present invention is a direct method for obtaining 3D CA structures, where only the mixing of the original CA or CA-OX powder with a boehmite gel, DIW printing and a heat treatment for its consolidation are required, which reduces the number of steps with respect to the procedures described in the state of the art, the raw materials used, and the waste generated, and is, therefore, a more sustainable manufacturing method.

Así, la presente invención incluye la fabricación de estructuras 3D de CA (monolitos), los cuales han sido impregnados con un precursor de Pd para obtener finalmente catalizadores en 3D Pd/CA con un contenido en Pd del 5% en peso. Las estructuras 3D con alta porosidad y superficie especifica favorecen que las nanopartículas de Pd sintetizadas tengan un menor tamaño (~2 nm), observado mediante microscopía electrónica de transmisión, presenten una mejor distribución de centros activos catalíticos, medidos mediante quimisorción selectiva de CO, y tengan una adecuada relación de especies de Pd electrodeficientes y metálicas, cuantificado mediante espectroscopia fotoelectrónica de rayos X. Además, las estructuras 3D uniformes permiten que las burbujas de gas hidrógeno y CO2 generadas por el catalizador escapen mucho más eficientemente que en los catalizadores de nanopartículas en polvo tradicionales compactados en reactores. Thus, the present invention includes the fabrication of 3D CA structures (monoliths), which have been impregnated with a Pd precursor to finally obtain 3D Pd/CA catalysts with a Pd content of 5% by weight. The 3D structures with high porosity and specific surface area favor the synthesized Pd nanoparticles to have a smaller size (~2 nm), observed by transmission electron microscopy, to have a better distribution of catalytic active centers, measured by selective chemisorption of CO, and to have an adequate ratio of electrodeficient and metallic Pd species, quantified by X-ray photoelectron spectroscopy. In addition, the uniform 3D structures allow the hydrogen gas and CO2 bubbles generated by the catalyst to escape much more efficiently than in traditional powder nanoparticle catalysts compacted in reactors.

En la presente invención se entiende por “tinta acuosa” a las tintas preparadas para impresión directa (o DIW) que comprenden agua en un porcentaje en peso con respecto al total de tinta de al menos 60% y en disolución los sólidos, donde dichos sólidos son el CA o CA-OX más la bohemita. In the present invention, "aqueous ink" refers to inks prepared for direct printing (or DIW) that comprise water in a weight percentage with respect to the total ink of at least 60% and in solution the solids, where said solids are CA or CA-OX plus boehmite.

En una realización del procedimiento de la invención donde la tinta acuosa de la etapa (a) comprende entre un 55% y un 90,9% de CA o CA-OX y de entre un 9,1% y un 45% de bohemita y donde en la tinta acuosa los sólidos, CA o CA-OX más la bohemita, presentan un porcentaje en peso de entre 40% y 42% con respecto al total de la tinta, preferiblemente entre un 70% y un 90,9% de CA o CA-OX y de entre un 9,1% y un 30% de bohemita y donde en la tinta acuosa los sólidos, CA o CA-OX más la bohemita, presentan un porcentaje en peso de entre 40% y 42% con respecto al total de la tinta, más preferiblemente comprende un 90,5% de CA o CA-OX y un 9,5% de bohemita con un porcentaje en peso de sólidos del 40% con respecto al total de la tinta. In an embodiment of the process of the invention where the aqueous ink of step (a) comprises between 55% and 90.9% of CA or CA-OX and between 9.1% and 45% of boehmite and where in the aqueous ink the solids, CA or CA-OX plus boehmite, have a weight percentage of between 40% and 42% with respect to the total ink, preferably between 70% and 90.9% of CA or CA-OX and between 9.1% and 30% of boehmite and where in the aqueous ink the solids, CA or CA-OX plus boehmite, have a weight percentage of between 40% and 42% with respect to the total ink, more preferably it comprises 90.5% of CA or CA-OX and 9.5% of boehmite with a weight percentage of solids of 40% with respect to the total ink.

Otro aspecto de la invención se refiere al uso del catalizador 3D Pd/CA definido anteriormente para producir H2 libre de CO a partir de la deshidrogenación catalítica del ácido fórmico (AF) en fase líquida, preferiblemente a presión atmosférica de entre 0,8 atm y 1,2 atm y a una temperatura de entre 10 y 950C, más preferiblemente a una temperatura de entre 25 0C y 55 0C, aún más preferiblemente a 55 0C. A presión atmosférica de alrededor de 1 atm, funciona como catalizador en todo el rango de temperaturas que permita estar en fase líquida el AF. Además, los catalizadores Pd/CA en polvo, que a partir de 550C la desactivación es más rápida y no es posible la regeneración completa de la actividad, por ello la acción catalítica con los catalizadores 3D a una temperatura mayor de 550C presenta menos ventajas, pero se podría hacer hasta 950C y se observa producción de H2. Por debajo de esta temperatura y por encima de la temperatura de fusión del AF y hasta los 55 0C el catalizador se regenera completamente, con conversiones del 100% y hasta más de 30 horas de actividad. Another aspect of the invention relates to the use of the 3D Pd/CA catalyst defined above to produce CO-free H2 from the catalytic dehydrogenation of formic acid (FA) in liquid phase, preferably at atmospheric pressure between 0.8 atm and 1.2 atm and at a temperature between 10 and 950 C, more preferably at a temperature between 25 0 C and 55 0 C, even more preferably at 55 0 C. At atmospheric pressure of around 1 atm, it works as a catalyst in the entire temperature range that allows the FA to be in liquid phase. Furthermore, the Pd/CA catalysts in powder form, which deactivate more quickly from 550 C onwards and complete regeneration of the activity is not possible, therefore the catalytic action with the 3D catalysts at a temperature greater than 550 C has fewer advantages, but it could be done up to 950 C and H2 production is observed. Below this temperature and above the AF melting point and up to 55 0C the catalyst is completely regenerated, with 100% conversions and up to more than 30 hours of activity.

En otra realización la invención se refiere al uso del catalizador 3D Pd/CA definido anteriormente donde la deshidrogenación catalítica de AF se lleva a cabo en un reactor de lecho fijo cargado con una o más estructuras 3D Pd/CA, preferiblemente con 5 estructuras 3D Pd/CA. In another embodiment, the invention relates to the use of the 3D Pd/CA catalyst defined above, where the catalytic dehydrogenation of AF is carried out in a fixed bed reactor loaded with one or more 3D Pd/CA structures, preferably with 5 3D Pd/CA structures.

En otra realización la invención se refiere al uso del catalizador 3D Pd/CA definido anteriormente donde la deshidrogenación catalítica de AF se lleva a cabo con un caudal de disolución acuosa de AF de entre el 0,125 mL-min'1 y 1 mL-min'1, preferiblemente de 0,25 mL-min'1. In another embodiment, the invention relates to the use of the 3D Pd/CA catalyst defined above, where the catalytic dehydrogenation of AF is carried out with a flow rate of aqueous AF solution of between 0.125 mL-min'1 and 1 mL-min'1, preferably 0.25 mL-min'1.

En otra realización la invención se refiere al uso del catalizador 3D Pd/CA definido anteriormente donde la deshidrogenación catalítica de AF se lleva a cabo en un tiempo espacial de entre el 40 gcarh-L'1 y 320 gcarh-L'1, preferiblemente de 160 gcat h-L'1. In another embodiment, the invention relates to the use of the 3D Pd/CA catalyst defined above, where the catalytic dehydrogenation of AF is carried out in a space time of between 40 gcarh-L'1 and 320 gcarh-L'1, preferably 160 gcat h-L'1.

En otra realización la invención se refiere al uso del catalizador 3D Pd/CA definido anteriormente donde la deshidrogenación catalítica de AF se lleva a cabo a una concentración inicial de AF de entre 0,25 My2M, preferiblemente de 1M. In another embodiment, the invention relates to the use of the 3D Pd/CA catalyst defined above where the catalytic dehydrogenation of AF is carried out at an initial AF concentration of between 0.25M and 2M, preferably 1M.

En otra realización la invención se refiere al uso del catalizador 3D Pd/CA definido anteriormente donde la deshidrogenación catalítica de AF se lleva a cabo con un caudal de helio (He) de entre 5 mL-min'1 y 30 mL-min'1, preferiblemente de 17 mL-min'1. In another embodiment, the invention relates to the use of the 3D Pd/CA catalyst defined above where the catalytic dehydrogenation of AF is carried out with a helium (He) flow rate of between 5 mL-min'1 and 30 mL-min'1, preferably 17 mL-min'1.

Así pues, con los catalizadores 3D Pd/CA de la presente invención se ha llevado a cabo la reacción de deshidrogenación de AF en fase líquida a temperaturas de hasta 55 0C, con conversiones de AF del 80% a 250C y del 95% a 550C, calculadas a partir de la concentración de AF en la fase líquida cuantificada mediante espectrofotometría UV-VIS, y produciendo una corriente de gas de H2 libre de CO, medido por cromatografía de gases. Thus, with the 3D Pd/CA catalysts of the present invention, the AF dehydrogenation reaction has been carried out in the liquid phase at temperatures up to 55 0C, with AF conversions of 80% at 250C and 95% at 550C, calculated from the AF concentration in the liquid phase quantified by UV-VIS spectrophotometry, and producing a CO-free H2 gas stream, measured by gas chromatography.

Como se ha mencionado anteriormente, la reacción se puede mantener de forma prolongada durante varias horas de uso, hasta 30 h, sin que el catalizador disminuya su actividad. Además, el catalizador 3D Pd/CA recupera su actividad tras un simple secado a 60 0C en una estufa en atmosfera de aire durante 24 h. Por otro lado, se emplean temperaturas de reacción de deshidrogenación muy suaves y muy por debajo a las empleadas en el estado de la técnica, entre 25 0C y 55 0C, y a presión atmosférica, lo que hace que el proceso sea energéticamente más barato y escalable. De esta manera se han conseguido conversiones de hasta el 95% con selectividades del 100% en la producción de H2 y C02 y, por lo tanto, sin originar CO. As mentioned above, the reaction can be maintained for several hours of use, up to 30 h, without any decrease in catalyst activity. Furthermore, the 3D Pd/CA catalyst recovers its activity after simple drying at 60 °C in an oven in an air atmosphere for 24 h. Furthermore, very mild dehydrogenation reaction temperatures, well below those used in the state of the art, between 25 °C and 55 °C, and at atmospheric pressure, are used, making the process more energetically cost-effective and scalable. In this way, conversions of up to 95% have been achieved with 100% selectivities in the production of H2 and CO2, thus without producing CO.

A lo largo de la invención el término “impresión directa de tinta (en inglés Direct Ink Writing, DIW)” o “robocasting” se refiere a una tecnología de fabricación aditiva que permite obtener materiales 3D con formas complejas y compuestos por una gran variedad de materiales a partir de la extrusión de filamentos basados en tintas acuosas concentradas con comportamiento seudoplástico. Throughout the invention, the term “direct ink writing (DIW)” or “robocasting” refers to an additive manufacturing technology that allows obtaining 3D materials with complex shapes and composed of a wide variety of materials from the extrusion of filaments based on concentrated aqueous inks with pseudoplastic behavior.

Se entiende por “patrón/es de canales abiertos interconectados formando macroporos” al conjunto de canales porosos formados, por un lado, por los canales verticales que atraviesan la estructura en la dirección perpendicular al plano de los filamentos y sus direcciones de crecimiento por depósito del material mediante la técnica aditiva de formación de la estructura y, por otro, por los canales abiertos ortogonales más estrechos que se generan al no incluir un marco en la estructura impresa en el plano de las direcciones de depósito de los filamentos que forman la estructura. “Pattern(s) of interconnected open channels forming macropores” is understood to mean the set of porous channels formed, on the one hand, by the vertical channels that cross the structure in the direction perpendicular to the plane of the filaments and their growth directions by deposition of the material using the additive technique of forming the structure and, on the other hand, by the narrower orthogonal open channels that are generated by not including a frame in the printed structure in the plane of the deposition directions of the filaments that form the structure.

En la presente invención se ha empleado como material carbonoso de partida carbón activo y CA oxidado químicamente. En este caso, el CA se ha tratado con diferentes reactivos, tales como HNO3, H202 y NH4OH, utilizando agitación mecánica y variando la temperatura ente 250C y 80 oCy el tiempo de reacción entre 2 h y 8 h . In the present invention, activated carbon and chemically oxidized AC were used as the starting carbonaceous material. In this case, the AC was treated with different reagents, such as HNO3, H2O2 and NH4OH, using mechanical stirring and varying the temperature between 250°C and 80°C and the reaction time between 2 h and 8 h.

Por tanto, en otra realización la invención se refiere al procedimiento de obtención del catalizador 3D Pd/CA definido anteriormente, que además comprende una etapa de tratamiento del carbón activo de partida para oxidarlo químicamente a CA oxidado (CA-OX) mediante el tratamiento de CA con un reactivo seleccionado de HNO3, H2O2 y NH4OH, preferiblemente con HNO3; a una temperatura de entre 25 0C y 80 0C, preferiblemente a 80 0C; y durante un tiempo de reacción de entre 2 h y 8 h, preferiblemente, durante un tiempo de 4 h, dando lugar a CA-OX con un contenido de oxígeno entre un 20 y un 30%, preferiblemente un 26%, y un contenido de nitrógeno entre 0,7 y 1,1%, preferiblemente un 0,8%. Therefore, in another embodiment, the invention relates to the process for obtaining the 3D Pd/CA catalyst defined above, which also comprises a step of treating the starting activated carbon to chemically oxidize it to oxidized CA (CA-OX) by treating CA with a reagent selected from HNO3, H2O2 and NH4OH, preferably with HNO3; at a temperature between 25 0C and 80 0C, preferably at 80 0C; and for a reaction time between 2 h and 8 h, preferably, for a time of 4 h, giving rise to CA-OX with an oxygen content between 20 and 30%, preferably 26%, and a nitrogen content between 0.7 and 1.1%, preferably 0.8%.

Gracias al tratamiento descrito, se preparan tintas acuosas de carbón activo (CA o CA-OX) y bohemita con comportamiento seudoplástico sin necesidad de incluir aditivos orgánicos, que contienen entre un 40% y un 42% en peso en sólidos y que está compuesta por entre un 55% y un 90% en peso de CA o CA-OX y entre un 45% y un 10% en peso de bohemita, y preferiblemente por un 70% en peso de CA o CA-OX y un 30% en peso de bohemita. Thanks to the treatment described, aqueous inks of activated carbon (CA or CA-OX) and boehmite with pseudoplastic behavior are prepared without the need to include organic additives, which contain between 40% and 42% by weight of solids and which are composed of between 55% and 90% by weight of CA or CA-OX and between 45% and 10% by weight of boehmite, and preferably by 70% by weight of CA or CA-OX and 30% by weight of boehmite.

La viscosidad de la tinta disminuye de 104 a 101 Pas en el intervalo de velocidad de cizalla entre 10'1 a 102 s-1. Los módulos elásticos de cizalla de almacenamiento y de pérdidas son del orden de 106 y 105Pa, respectivamente. El esfuerzo de fluencia varía según la composición de la tinta entre 1000 y 3500 Pa, aunque se selecciona preferiblemente el valor de -1500 Pa. The ink viscosity decreases from 104 to 101 Pas in the shear rate range of 10.1 to 102 s-1. The storage and loss shear moduli are approximately 106 and 105 Pa, respectively. The yield strength varies depending on the ink composition, ranging from 1000 to 3500 Pa, although a value of -1500 Pa is preferred.

Así, en otra realización la invención se refiere al procedimiento de obtención del catalizador 3D Pd/CA definido anteriormente, donde la viscosidad de la tinta disminuye de104 a101 Pa s en el intervalo de velocidad de cizalla entre 10'1 a102 s-1. Thus, in another embodiment the invention relates to the process for obtaining the 3D Pd/CA catalyst defined above, where the viscosity of the ink decreases from 104 to 101 Pa s in the shear rate range between 10'1 to 102 s-1.

En otra realización la invención se refiere al procedimiento de obtención del catalizador 3D Pd/CA definido anteriormente, donde los módulos elásticos de cizalla de almacenamiento y de pérdidas son del orden de entre 105 y 106 Pa y de entre 104 y 105 Pa, respectivamente. In another embodiment, the invention relates to the process for obtaining the 3D Pd/CA catalyst defined above, where the elastic storage and loss shear moduli are in the range of 105 to 106 Pa and 104 to 105 Pa, respectively.

En otra realización la invención se refiere al procedimiento de obtención del catalizador 3D Pd/CA definido anteriormente, donde el esfuerzo de fluencia es de entre 1.000 Pa y 3.500 Pa, y preferiblemente es de -1500 Pa. In another embodiment, the invention relates to the process for obtaining the 3D Pd/CA catalyst defined above, where the yield stress is between 1,000 Pa and 3,500 Pa, and preferably is -1500 Pa.

Mediante un programa de diseño asistido por ordenador (CAD) se crea una estructura cilindrica de dimensiones entre 16,2 y 17,2 mm de diámetro y 7,9 mm de altura, que contiene un patrón de canales abiertos interconectados formando macroporos definido por: i) 9 filamentos lineales por capa en la misma dirección, ii) 12 capas apiladas, iii) giro de 90o entre capas, iv) diámetro de la punta de impresión de 840 pm y v) estructuras sin marco exterior. Se rellena una jeringuilla de 3 cm3 con la tinta acuosa de CA/bohemita o CA-OX/bohemita y se imprimen en aire y a temperatura ambiente con un equipo de robocasting y una velocidad en el plano X-Y de 10 mm-S'1. Using a computer-aided design (CAD) program, a cylindrical structure with dimensions between 16.2 and 17.2 mm in diameter and 7.9 mm in height is created, which contains a pattern of interconnected open channels forming macropores defined by: i) 9 linear filaments per layer in the same direction, ii) 12 stacked layers, iii) 90o rotation between layers, iv) printing tip diameter of 840 pm and v) structures without an external frame. A 3 cm3 syringe is filled with the CA/boehmite or CA-OX/boehmite aqueous ink and printed in air and at room temperature using robocasting equipment and an X-Y plane speed of 10 mm-S'1.

Las estructuras 3D impresas se tratan a temperaturas entre 1200-13000C durante 0,5 2 h para consolidar mecánicamente las estructuras, eliminando el agua, evitando la degradación del CA, y transformando la bohemita en AI2O3, el cual cristaliza en fases que incluyen a, 5 y 0. Se selecciona preferiblemente el tratamiento a 13000C durante 0,5 h en vacío. Estas estructuras, en adelante monolitos, tienen una superficie específica, determinada mediante adsorción de nitrógeno empleando el método B.E.T., que varía entre 150 y 454 m2 g-1, densidad geométrica entre 0,34-0,46 gcm -3, y porosidad total del 84-87% en volumen. El diámetro de los filamentos que forman el monolito es de -760 pm y la anchura entre canales de -710 pm. La resistencia a la compresión del monolito es 0,5 MPa, calculada mediante ensayos de compresión con una célula de carga de hasta 5kNy velocidad de desplazamiento de 0,5 mm-min-1. The 3D printed structures are treated at temperatures between 1200-13000C for 0.5-2 h to mechanically consolidate the structures, eliminating water, preventing CA degradation, and transforming boehmite into AI2O3, which crystallizes in phases including α, β, and β. Treatment at 13000C for 0.5 h in vacuum is preferably selected. These structures, hereinafter monoliths, have a specific surface area, determined by nitrogen adsorption using the B.E.T. method, ranging from 150 to 454 m2 g-1, geometric density between 0.34-0.46 gcm-3, and total porosity of 84-87% by volume. The diameter of the filaments forming the monolith is -760 pm and the width between channels is -710 pm. The compressive strength of the monolith is 0.5 MPa, calculated by compression tests with a load cell of up to 5 kN and a displacement speed of 0.5 mm-min-1.

El catalizador 3D Pd/CA comprende paladio (Pd) soportado sobre las estructuras 3D descritas anteriormente. La cantidad de Pd presente en el catalizador estará en el intervalo de 1 a 10% en peso, preferiblemente 5% en peso para que el tamaño de las nanopartículas de paladio sea -2 nm. El Pd se incorpora en el monolito por impregnación según el siguiente proceso: The 3D Pd/CA catalyst comprises palladium (Pd) supported on the 3D structures described above. The amount of Pd present in the catalyst will range from 1 to 10% by weight, preferably 5% by weight, so that the size of the palladium nanoparticles is -2 nm. The Pd is incorporated into the monolith by impregnation according to the following process:

- La cantidad adecuada de PdCL se disuelve en un volumen dado de una disolución 0,30 M HCI y se calienta a 650C. - The appropriate amount of PdCL is dissolved in a given volume of a 0.30 M HCI solution and heated to 650C.

- El número adecuado de monolitos se sumerge en la disolución precursora a 65 0C y se mantienen en agitación durante 1 h en un agitador de rodillos rotatorio y oscilante. - The appropriate number of monoliths is immersed in the precursor solution at 65 0C and kept under stirring for 1 h in a rotating and oscillating roller shaker.

- Posteriormente, la disolución precursora se divide en alícuotas de volumen adecuado para sumergir un monolito en cada alícuota, y se introducen en un horno a la temperatura adecuada para que la disolución precursora alcance la temperatura de 950C. - Subsequently, the precursor solution is divided into aliquots of adequate volume to immerse a monolith in each aliquot, and they are introduced into an oven at the appropriate temperature so that the precursor solution reaches the temperature of 950C.

- Cuando la mitad de la disolución precursora se ha evaporado, se da la vuelta al monolito para favorecer la distribución homogénea de paladio en toda la superficie del mismo, y se espera hasta evaporación total del agua. - When half of the precursor solution has evaporated, the monolith is turned over to promote the homogeneous distribution of palladium over its entire surface, and the water is allowed to evaporate completely.

- Los monolitos con Pd impregnado se lavan con agua Milli Q y se secan en una estufa a 600C durante 12h. - The Pd-impregnated monoliths are washed with Milli Q water and dried in an oven at 600C for 12h.

- Los monolitos con Pd impregnado se tratan con un gas reductor H2/N2 (100:50 mLmin'1) a 2500C durante 2 h. - The Pd impregnated monoliths are treated with a reducing gas H2/N2 (100:50 mLmin'1) at 2500C for 2 h.

De forma alternativa al PdCL se han empleado otros precursores de Pd como acetato de paladio (II) o nitrato de paladio (II). En estos casos, el procedimiento de impregnación es el mismo pero la cantidad adecuada de sal precursora se disuelve en una disolución acuosa 0,001 M de acetona o en agua Milli Q, respectivamente. Alternatively to PdCL, other Pd precursors such as palladium(II) acetate or palladium(II) nitrate have been used. In these cases, the impregnation procedure is the same, but the appropriate amount of precursor salt is dissolved in a 0.001 M aqueous solution of acetone or Milli Q water, respectively.

Los catalizadores 3D Pd/CA han sido empleados en la deshidrogenación catalítica de AF en fase líquida para producir hidrógeno. Se trabaja en un reactor lecho fijo operado a temperaturas comprendidas entre 25 y 550C, caudales de disolución acuosa de AF comprendidas entre 0,125 a 1 mL min'1, tiempos espaciales entre 40 y 320 gcarh L'1, concentraciones iniciales de AF de 0,5 a 2 M y opcionalmente un caudal variable de gas inerte, entre 0 y a 20 mL min'1 de helio, preferiblemente 17 mL min'1, y a presión atmosférica. 3D Pd/Ca catalysts have been used in the catalytic dehydrogenation of AF in liquid phase to produce hydrogen. The reactor is operated in a fixed bed at temperatures between 25 and 550C, with aqueous AF solution flow rates between 0.125 and 1 mL min'1, space times between 40 and 320 gcarh L'1, initial AF concentrations of 0.5 to 2 M and optionally a variable inert gas flow rate, between 0 and 20 mL min'1 of helium, preferably 17 mL min'1, and at atmospheric pressure.

La deshidrogenación catalítica de AF de la presente invención se lleva a cabo en un reactor lecho fijo y de acuerdo al siguiente procedimiento: se carga el reactor con una o más estructuras 3D Pd/CA (monolitos), preferiblemente con 5 estructuras; se calienta el reactor, preferiblemente mediante la circulación de agua caliente por la camisa del reactor, hasta alcanzar la temperatura de reacción seleccionada, comprendida entre 25 0C y 55 0C, y medida en el baño termostático de agua; hasta alcanzar la temperatura seleccionada, se introduce al reactor y en sentido ascendente, la corriente de He al caudal seleccionado, entre 5 mL min'1 y 30 mL min'1, preferiblemente de 17 mL min'1; una vez alcanzada la temperatura de reacción, se introduce al reactor y en sentido ascendente, la corriente de la disolución acuosa de AF al caudal seleccionado, entre el 0,125 mL min'1 y 1 mL min'1, preferiblemente de 0,25 mLmin'1; durante el transcurso de la reacción, se toman muestras líquidas y gaseosas a la salida del separador gas-líquido que se encuentra dispuesto a la salida del reactor. Las muestras líquidas se analizan en un espectrofotómetro UV-VIS para cuantificar la concentración de AF, y las muestras gaseosas se miden en un cromatógrafo de gases para identificar y cuantificar los productos gaseosos producidos durante la reacción, siendo exclusivamente H2 y C02. The catalytic dehydrogenation of AF of the present invention is carried out in a fixed bed reactor and according to the following procedure: the reactor is loaded with one or more 3D Pd/Ca structures (monoliths), preferably with 5 structures; the reactor is heated, preferably by means of hot water circulating through the reactor jacket, until the selected reaction temperature is reached, between 25 0 C and 55 0 C, and measured in the thermostatic water bath; until the selected temperature is reached, the He stream is introduced into the reactor and in an upward direction at the selected flow rate, between 5 mL min'1 and 30 mL min'1, preferably 17 mL min'1; once the reaction temperature is reached, the AF aqueous solution stream is introduced into the reactor and in an upward direction at the selected flow rate, between 0.125 mL min'1 and 1 mL min'1, preferably 0.25 mL min'1; During the course of the reaction, liquid and gas samples are taken at the outlet of the gas-liquid separator located at the reactor exit. The liquid samples are analyzed using a UV-VIS spectrophotometer to quantify the AF concentration, and the gas samples are measured using a gas chromatograph to identify and quantify the gaseous products produced during the reaction, which are exclusively H2 and CO2.

Se han obtenido conversiones de AF comprendidas entre el 80% y el 97% a tiempos espaciales altos, a partir de 160 gCathL"1, y dependiendo de las condiciones de operación empleadas, siendo la temperatura y la concentración inicial de AF las más influyentes. Por ejemplo, a la temperatura de 550C, concentración inicial de AF 1 M y tiempo espacial igual a 160 gCathL"1, se obtienen conversiones de AF del 92% y caudales de gas de 12 mL min'1; a temperatura de 350C, concentración inicial de AF 0,5 M y tiempo espacial igual a 320 gCathL"1, se obtienen conversiones de AF del 97% y caudales de gas de 4 mL min'1. AF conversions between 80% and 97% have been obtained at high space times, starting from 160 gCathL"1, and depending on the operating conditions used, with temperature and initial AF concentration being the most influential. For example, at a temperature of 550C, initial AF concentration of 1 M and space time equal to 160 gCathL"1, AF conversions of 92% and gas flow rates of 12 mL min'1 are obtained; at a temperature of 350C, initial AF concentration of 0.5 M and space time equal to 320 gCathL"1, AF conversions of 97% and gas flow rates of 4 mL min'1 are obtained.

La selectividad a la reacción de deshidrogenación de AF es siempre del 100%. Los catalizadores 3D Pd/CA permiten la producción de H2 libre de CO. Además, la estructura 3D permite que las burbujas de gas H2 y C02 generadas en los centros activos del Pd sean liberadas al medio de reacción más eficientemente que los catalizadores de Pd en polvo empacados en reactores cuando se trabaja a caudales de fase líquida superiores a 0,125 mL min'1. The selectivity to the AF dehydrogenation reaction is always 100%. 3D Pd/CA catalysts allow the production of CO-free H2. Furthermore, the 3D structure allows H2 and CO2 gas bubbles generated at the Pd active sites to be released into the reaction medium more efficiently than powdered Pd catalysts packed in reactors when operating at liquid phase flow rates greater than 0.125 mL min'1.

La actividad inicial del catalizador puede mantenerse constante entre 3,5 y 35 h de tiempo de uso, dependiendo de las condiciones de operación empleadas, siendo las más influyentes el caudal de la disolución de AF y la concentración inicial de AF. Por ejemplo, a la temperatura de 55 0C, concentración inicial de AF 0,5 M y tiempo espacial igual a 320 gcarh L '1, la actividad se mantiene durante 35 h de uso. A la temperatura de 250C, concentración inicial de AF 1 M y tiempo espacial igual a 160 gCat h L'1, la actividad se mantiene durante 4 h de uso. El catalizador 3D Pd/CA siempre recupera la actividad tras someterlo a un secado a 60 0C en una estufa en atmosfera de aire durante 24 h. The initial activity of the catalyst can be kept constant for 3.5 to 35 h of use, depending on the operating conditions used, the most influential being the flow rate of the AF solution and the initial AF concentration. For example, at a temperature of 55 0C, initial AF concentration of 0.5 M and space time equal to 320 gcarh L '1, the activity is maintained for 35 h of use. At a temperature of 250 C, initial AF concentration of 1 M and space time equal to 160 gCat h L'1, the activity is maintained for 4 h of use. The 3D Pd/CA catalyst always recovers its activity after being dried at 60 0C in an oven in an air atmosphere for 24 h.

Todas las realizaciones preferidas de la presente invención son combinables entre sí siempre que sea posible dicha combinación. All preferred embodiments of the present invention are combinable with each other whenever such combination is possible.

A lo largo de la descripción y las reivindicaciones la palabra "comprende" y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención. Los siguientes ejemplos y figuras se proporcionan a modo de ilustración, y no se pretende que sean limitativos de la presente invención. Throughout the description and claims, the word "comprise" and its variants are not intended to exclude other technical features, additives, components, or steps. For those skilled in the art, other objects, advantages, and features of the invention will be apparent partly from the description and partly from the practice of the invention. The following examples and figures are provided for illustrative purposes only and are not intended to limit the present invention.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURASBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Fig. 1muestra(a)una estructura 3D impresa a partir de una tinta acuosa compuesta por un 70% en peso de CA y 30% en peso de bohemita y una imagen desde (b) arriba y (c) en sección del monolito tratado térmicamente a 13000C durante 0,5 h. Fig. 1 shows (a) a 3D printed structure from an aqueous ink composed of 70 wt% CA and 30 wt% boehmite and a (b) top and (c) sectional image of the monolith heat-treated at 13000C for 0.5 h.

Fig. 2muestra(a)una imagen de microscopía electrónica de barrido correspondiente a la sección de un monolito de CA/AI2O3 impregnado con paladio y (b) el mismo campo en (a) analizando mediante espectroscopia de rayos X de dispersión de energía la composición de los filamentos. Las zonas oscuras corresponden al CA/AI2O3 y las claras al paladio. Fig. 2 shows (a) a scanning electron microscopy image of a section through a palladium-impregnated CA/AI2O3 monolith and (b) the same field in (a) analyzing the composition of the filaments by energy-dispersive X-ray spectroscopy. The dark areas correspond to CA/AI2O3 and the light areas to palladium.

Fig. 3muestra la conversión de AF(a)y el caudal de gas producido en la deshidrogenación catalítica del AF (b) en función del tiempo de uso y las condiciones de la reacción: temperatura de 55 0C, concentración inicial de AF de 1 M y tiempo espacial de 160 gcarh L"1 es la curva de color negro de trazado continuo, con cuadrados negros representando los valores; temperatura de 25 0C, concentración inicial de AF de 1 M y tiempo espacial de 160 gcarh L -1 es la curva gris oscura de trazado intermitente con círculos grises oscuros representando los valores; temperatura de 550C, concentración inicial de AF de 0,5 M y tiempo espacial de 320 gcat h L-1 es la curva gris claro de trazado de rayas y puntos y triángulos grises claros representando los valores, todas con un caudal de helio de 17 mL-min-1. Fig. 3 shows the AF conversion(a) and the gas flow rate produced in the catalytic dehydrogenation of AF (b) as a function of the run time and reaction conditions: temperature of 55 0C, initial AF concentration of 1 M and space time of 160 gcarh L"1 is the black solid curve with black squares representing values; temperature of 25 0C, initial AF concentration of 1 M and space time of 160 gcarh L -1 is the dark grey dashed curve with dark grey circles representing values; temperature of 550C, initial AF concentration of 0.5 M and space time of 320 gcat h L-1 is the light grey dotted-dash curve with light grey triangles representing values, all at a helium flow rate of 17 mL-min-1.

EJEMPLOSEXAMPLES

A continuación, se ilustrará la invención mediante unos ensayos realizados por los inventores, que ponen de manifiesto la efectividad del producto de la invención. The invention will now be illustrated by tests carried out by the inventors, which demonstrate the effectiveness of the product of the invention.

Ejemplo 1. Catalizador estructurado en 3D basado en carbón activo/óxido de aluminio y 5% en peso de paladio para la producción de hidrógenoExample 1. 3D structured catalyst based on activated carbon/aluminium oxide and 5% by weight of palladium for hydrogen production

Se ha preparado una tinta acuosa de CA/bohemita con comportamiento seudoplástico que contienen un 42% en peso en sólidos y que está compuesta preferiblemente por un 70% en peso de CA y un 30% en peso de bohemita. An aqueous CA/boehmite ink with pseudoplastic behavior has been prepared containing 42% by weight of solids and preferably composed of 70% by weight of CA and 30% by weight of boehmite.

La viscosidad de la tinta disminuye de 104 a 101 Pa s en el intervalo de velocidad de cizalla entre 10'1 a 102 s_1. Los módulos elásticos de cizalla de almacenamiento y de pérdidas son del orden de106 y105 Pa, respectivamente. El esfuerzo de fluencia es de -1500 Pa. The ink viscosity decreases from 104 to 101 Pa s in the shear rate range of 10.1 to 102 s_1. The storage and loss shear moduli of elasticity are around 106 and 105 Pa, respectively. The yield strength is -1500 Pa.

Se diseña una estructura cilindrica de 16,2 mm de diámetro y 7,9 mm de altura que contiene un patrón de canales abiertos interconectados formando macroporos definido por: i) 9 filamentos lineales por capa en la misma dirección, ii) 12 capas apiladas, iii) giro de 90o entre capas, iv) diámetro de la punta de impresión de 840 pm y v) estructuras sin marco exterior. Se rellena una jeringuilla de 3 cm3 con la tinta acuosa de CA/bohemita y se imprimen en aire y a temperatura ambiente con un equipo de robocasting y una velocidad en el plano X-Y de10 mm-s-1. A cylindrical structure of 16.2 mm diameter and 7.9 mm height is designed containing a pattern of interconnected open channels forming macropores defined by: i) 9 linear filaments per layer in the same direction, ii) 12 stacked layers, iii) 90o rotation between layers, iv) 840 pm printing tip diameter and v) structures without external frame. A 3 cm3 syringe is filled with the aqueous CA/boehmite ink and printed in air and at room temperature using robocasting equipment and an X-Y plane speed of 10 mm-s-1.

Las estructuras 3D impresas (figura 1a) se tratan a 13000C durante 0,5 h en vacío y la bohemita transforma en 5- y 0-AI2O3, obteniéndose la estructura mostrada en la figura 1b y c. Los monolitos tienen una superficie específica de 454 m2 g-1, densidad geométrica de 0,36 g cm'3 y porosidad total del 86% en volumen. El diámetro de los filamentos que forman el monolito es de -760 pm y la anchura entre canales de -710 pm. La resistencia a la compresión del monolito es 0,5 MPa. The 3D printed structures (Figure 1a) are treated at 13000C for 0.5 h in vacuum and the boehmite transforms into 5- and 0-Al2O3, obtaining the structure shown in Figure 1b and c. The monoliths have a specific surface area of 454 m2 g-1, a geometric density of 0.36 g cm'3 and a total porosity of 86% by volume. The diameter of the filaments forming the monolith is -760 pm and the width between channels is -710 pm. The compressive strength of the monolith is 0.5 MPa.

El catalizador 3D Pd/CA comprende un 5% en peso de paladio (Pd) soportado sobre el monolito de CA (Figura 2). El tamaño de las nanopartículas de paladio es de -2 nm. El Pd se incorpora en el monolito por impregnación según el siguiente proceso: The 3D Pd/CA catalyst comprises 5% by weight of palladium (Pd) supported on the CA monolith (Figure 2). The size of the palladium nanoparticles is -2 nm. The Pd is incorporated into the monolith by impregnation according to the following process:

- 0,267 g de PdCL se disuelven en 42,5 mL de una disolución 0,30 M HCI y se calientan a 650C. - 0.267 g of PdCl is dissolved in 42.5 mL of a 0.30 M HCl solution and heated to 650C.

- 6 monolitos 3D Pd/CA, con un peso total en torno a 3 g, se sumergen en la disolución precursora a 650C y se mantienen en agitación durante 1 h en un agitador de rodillos rotatorio y oscilante. - 6 3D Pd/CA monoliths, with a total weight of around 3 g, are immersed in the precursor solution at 650°C and kept under stirring for 1 h in a rotating and oscillating roller shaker.

- Posteriormente, la disolución precursora se divide en alícuotas de volumen adecuado para sumergir un monolito en cada alícuota, y se introducen en un horno a la temperatura adecuada para que la disolución precursora alcance la temperatura de 950C. - Subsequently, the precursor solution is divided into aliquots of adequate volume to immerse a monolith in each aliquot, and they are introduced into an oven at the appropriate temperature so that the precursor solution reaches the temperature of 950C.

- Cuando la mitad de la disolución precursora se ha evaporado, se da la vuelta al monolito para favorecer la distribución homogénea de paladio en toda la superficie del mismo, y se espera hasta evaporación total del agua. - When half of the precursor solution has evaporated, the monolith is turned over to promote the homogeneous distribution of palladium over its entire surface, and the water is allowed to evaporate completely.

- Los monolitos con Pd impregnado se lavan con agua Milli Q y se secan en una estufa a 600C durante 12h. - The Pd-impregnated monoliths are washed with Milli Q water and dried in an oven at 600C for 12h.

- Los monolitos con Pd impregnado se tratan con un gas reductor H2/N2 (100:50 mLmin'1) a 2500C durante 2 h. - The Pd impregnated monoliths are treated with a reducing gas H2/N2 (100:50 mLmin'1) at 2500C for 2 h.

Los catalizadores 3D Pd/CA se emplean en la deshidrogenación catalítica de AF en fase líquida para producir H2. Se trabaja en un reactor lecho fijo cargado con 5 monolitos, operado a temperatura de 55 0C, caudal de disolución acuosa de AF de 0,25 mL min'1, tiempo espacial 160 gcarh L'1, concentración inicial de AF de 1 M y caudal de helio de 17 mL min'1, y a presión atmosférica (curva de color negro de trazado continuo, con cuadrados negros de la Figura 3). 3D Pd/Ca catalysts are used in the catalytic dehydrogenation of AF in liquid phase to produce H2. The reactor is loaded with 5 monoliths, operated at a temperature of 55 0C, AF aqueous solution flow rate of 0.25 mL min'1, space time 160 gcarh L'1, initial AF concentration of 1 M and helium flow rate of 17 mL min'1, and at atmospheric pressure (solid black curve with black squares in Figure 3).

Se obtiene una conversión de AF del 91,6% (curva de color negro de trazado continuo, con cuadrados negros de la Figura 3a) y un caudal de gas de 12 mL min'1 (curva de color negro de trazado continuo, con cuadrados negros de la Figura 3b). La selectividad a la reacción de deshidrogenación es del 100%. Por tanto, se obtiene H2 y CO2 como únicos productos de la reacción. La actividad se mantiene durante 3,5 h de uso, a partir de este tiempo comienza la desactivación progresiva del catalizador hasta perder la actividad por completo a las 24 h de uso. An AF conversion of 91.6% is obtained (solid black curve with black squares in Figure 3a) and a gas flow rate of 12 mL min'1 (solid black curve with black squares in Figure 3b). The selectivity to the dehydrogenation reaction is 100%. Therefore, H2 and CO2 are obtained as the only reaction products. The activity is maintained for 3.5 h of use, after which the catalyst begins to progressively deactivate until its activity is completely lost after 24 h of use.

El catalizador 3D Pd/CA recupera la actividad tras someterlo a un secado a 600C en una estufa en atmosfera de aire durante 24 h. The 3D Pd/CA catalyst regains activity after being dried at 600C in an oven in an air atmosphere for 24 h.

Ejemplo 2. Catalizador estructurado en 3D basado en carbón activo oxidado/óxido de aluminio y 5% en peso de paladio para la producción de hidrógenoExample 2. 3D structured catalyst based on oxidized activated carbon/aluminium oxide and 5% by weight of palladium for hydrogen production

Se ha preparado una tinta acuosa de CA-OX/bohemita con comportamiento seudoplástico que contienen un 42% en peso en sólidos y que está compuesta preferiblemente por un 70% en peso de CA-OX y un 30% en peso de bohemita. An aqueous CA-OX/boehmite ink with pseudoplastic behavior has been prepared containing 42% by weight of solids and preferably composed of 70% by weight of CA-OX and 30% by weight of boehmite.

La viscosidad de la tinta disminuye de 104 a 101 Pa s en el intervalo de velocidad de cizalla entre 10'1 a 102 s_1. Los módulos elásticos de cizalla de almacenamiento y de pérdidas son del orden de106 y104 Pa, respectivamente. El esfuerzo de fluencia es de -3500 Pa. The ink viscosity decreases from 104 to 101 Pa s in the shear rate range of 10.1 to 102 s_1. The storage and loss shear moduli of elasticity are of the order of 106 and 104 Pa, respectively. The yield strength is -3500 Pa.

Se diseña una estructura cilindrica de 17,2 mm de diámetro y 7,9 mm de altura que contiene un patrón de canales porosos definido por: i) 9 filamentos lineales por capa en la misma dirección, ii) 12 capas apiladas, iii) giro de 90o entre capas, iv) diámetro de la punta de impresión de 840 pm y v) estructuras sin marco exterior. Se rellena una jeringuilla de 3 cm3 con la tinta acuosa de CA-OX/bohemita y se imprimen en aire y a temperatura ambiente con un equipo de robocasting y una velocidad en el plano X-Y de 10 mm-S'1. A cylindrical structure of 17.2 mm diameter and 7.9 mm height is designed containing a porous channel pattern defined by: i) 9 linear filaments per layer in the same direction, ii) 12 stacked layers, iii) 90o rotation between layers, iv) 840 pm printing tip diameter and v) structures without external frame. A 3 cm3 syringe is filled with the CA-OX/boehmite aqueous ink and printed in air and at room temperature using robocasting equipment and an X-Y plane speed of 10 mm-S'1.

Las estructuras 3D impresas se tratan a 1.3000C durante 0,5 h en vacío y la bohemita se transforma en 5- y 0-AI2O3. Los monolitos tienen una superficie específica de 434 m2 g'1, densidad geométrica de 0,36 g cm'3 y porosidad total del 86% en volumen. El diámetro de los filamentos que forman el monolito es de -760 pm y la anchura entre canales de -710 pm. La resistencia a la compresión del monolito es 0,6 MPa. The 3D-printed structures are treated at 1,3000C for 0.5 h in vacuum, and the boehmite is transformed into 5- and 0-Al2O3. The monoliths have a specific surface area of 434 m2 g'1, a geometric density of 0.36 g cm'3, and a total porosity of 86% by volume. The diameter of the filaments forming the monolith is -760 pm, and the channel width is -710 pm. The compressive strength of the monolith is 0.6 MPa.

El catalizador 3D Pd/CA-OX comprende un 5% en peso de paladio (Pd) soportado sobre el monolito de CA-OX. El tamaño de las nanopartículas de paladio es de 1,9 ± 0,4 nm. The 3D Pd/CA-OX catalyst comprises 5% by weight of palladium (Pd) supported on the CA-OX monolith. The size of the palladium nanoparticles is 1.9 ± 0.4 nm.

El Pd se incorpora en el monolito por impregnación según el siguiente proceso: The Pd is incorporated into the monolith by impregnation according to the following process:

- 0,267 g de PdCL se disuelven en 42,5 mL de una disolución 0,30 M HCI y se calientan a 650C. - 0.267 g of PdCl is dissolved in 42.5 mL of a 0.30 M HCl solution and heated to 650C.

- 6 monolitos 3D Pd/CA-OX, con un peso total en torno a 3 g, se sumergen en la disolución precursora a 650C y se mantienen en agitación durante 1 h en un agitador de rodillos rotatorio y oscilante. - 6 3D Pd/CA-OX monoliths, with a total weight of around 3 g, are immersed in the precursor solution at 650°C and kept under stirring for 1 h in a rotating and oscillating roller shaker.

- Posteriormente, la disolución precursora se divide en alícuotas de 7 mL para sumergir un monolito en cada alícuota, y se introducen en un horno a la temperatura adecuada para que la disolución precursora alcance la temperatura de 950C. - Subsequently, the precursor solution is divided into 7 mL aliquots to immerse a monolith in each aliquot, and they are introduced into an oven at the appropriate temperature so that the precursor solution reaches the temperature of 950C.

- Cuando la mitad de la disolución precursora se ha evaporado, se da la vuelta al monolito para favorecer la distribución homogénea de Pd en toda la superficie del mismo, y se espera hasta evaporación total del agua. - When half of the precursor solution has evaporated, the monolith is turned over to promote the homogeneous distribution of Pd over its entire surface, and the water is allowed to evaporate completely.

- Los monolitos con Pd impregnado se lavan con agua Milli Q y se secan en una estufa a 600C durante 12h. - The Pd-impregnated monoliths are washed with Milli Q water and dried in an oven at 600C for 12h.

- Los monolitos con Pd impregnado se tratan con un gas reductor H2/N2 (100:50 mLmin'1) a 2500C durante 2 h. - The Pd impregnated monoliths are treated with a reducing gas H2/N2 (100:50 mLmin'1) at 2500C for 2 h.

Los catalizadores 3D Pd/CA-OX se emplean en la deshidrogenación catalítica de AF en fase líquida para producir H2. Se trabaja en un reactor lecho fijo cargado con 5 monolitos, operado a temperatura de 25 0C, caudal de disolución acuosa de AF de 0,25 mL min'1, tiempo espacial 160 gcarh L'1, concentración inicial de AF de 1 M y caudal de helio de17 mL min'1, y a presión atmosférica. 3D Pd/CA-OX catalysts are used in the catalytic dehydrogenation of AF in liquid phase to produce H2. The reactor is fitted with a fixed bed loaded with 5 monoliths, operated at a temperature of 25 0C, AF aqueous solution flow rate of 0.25 mL min'1, space time 160 gcarh L'1, initial AF concentration of 1 M and helium flow rate of 17 mL min'1, and at atmospheric pressure.

Se obtiene una conversión de AF del 83,3% y un caudal de gas de 10 mL min'1. La selectividad a la reacción de deshidrogenación es del 100%. Por tanto, se obtiene H2 y CO2 como únicos productos de la reacción. La actividad se mantiene durante 6 h de uso, a partir de este tiempo comienza la desactivación progresiva del catalizador hasta perder la actividad por completo a las 24 h de uso. An AF conversion of 83.3% is achieved at a gas flow rate of 10 mL min-1. The selectivity to the dehydrogenation reaction is 100%. Therefore, H2 and CO2 are the only reaction products. The activity is maintained for 6 hours of use, after which the catalyst gradually deactivates, until it loses all activity after 24 hours of use.

El catalizador 3D Pd/CA-OX recupera la actividad tras someterlo a un secado a 600C en una estufa en atmosfera de aire durante 24 h. The 3D Pd/CA-OX catalyst regains activity after being dried at 600C in an oven in an air atmosphere for 24 h.

Ejemplo 3. Efecto de las condiciones de operación en la reacción de producción de hidrógeno a partir de la deshidrogenación catalítica de ácido fórmico empleando como catalizador el catalizador estructurado en 3D basado en carbón activo/óxido de aluminio y 5% en peso de paladio para la producción de hidrógenoExample 3. Effect of operating conditions on the hydrogen production reaction from the catalytic dehydrogenation of formic acid using the 3D structured catalyst based on activated carbon/aluminum oxide and 5% by weight of palladium for the production of hydrogen

Se ha preparado una tinta acuosa de CA/bohemita con comportamiento seudoplástico que contienen un 42% en peso en sólidos y que está compuesta preferiblemente por un 70% en peso de CA y un 30% en peso de bohemita. An aqueous CA/boehmite ink with pseudoplastic behavior has been prepared containing 42% by weight of solids and preferably composed of 70% by weight of CA and 30% by weight of boehmite.

La viscosidad de la tinta disminuye de 104 a 101 Pa s en el intervalo de velocidad de cizalla entre 10'1 a 102 s_1. Los módulos elásticos de cizalla de almacenamiento y de pérdidas son del orden de106 y105 Pa, respectivamente. El esfuerzo de fluencia es de -1500 Pa. The ink viscosity decreases from 104 to 101 Pa s in the shear rate range of 10.1 to 102 s_1. The storage and loss shear moduli of elasticity are around 106 and 105 Pa, respectively. The yield strength is -1500 Pa.

Se diseña una estructura cilindrica de 16,2 mm de diámetro y 7,9 mm de altura que contiene un patrón de canales abiertos interconectados formando macroporos definido por: i) 9 filamentos lineales por capa en la misma dirección, ii) 12 capas apiladas, iii) giro de 90o entre capas, iv) diámetro de la punta de impresión de 840 pm y v) estructuras sin marco exterior. Se rellena una jeringuilla de 3 cm3 con la tinta acuosa de CA/bohemita y se imprimen en aire y a temperatura ambiente con un equipo de robocasting y una velocidad en el plano X-Y de10 mm-s-1. A cylindrical structure of 16.2 mm diameter and 7.9 mm height is designed containing a pattern of interconnected open channels forming macropores defined by: i) 9 linear filaments per layer in the same direction, ii) 12 stacked layers, iii) 90o rotation between layers, iv) 840 pm printing tip diameter and v) structures without external frame. A 3 cm3 syringe is filled with the aqueous CA/boehmite ink and printed in air and at room temperature using robocasting equipment and an X-Y plane speed of 10 mm-s-1.

Las estructuras 3D impresas se tratan a 13000C durante 0,5 h en vacío y la bohemita transforma en 5- y 0-AI2O3. Los monolitos tienen una superficie específica de 454 m2 g-1, densidad geométrica de 0,36 gcm-3 y porosidad total del 86% en volumen. El diámetro de los filamentos que forman el monolito es de -760 pm y la anchura entre canales de -710 pm. La resistencia a la compresión del monolito es 0,5 MPa. The 3D-printed structures are treated at 13,000°C for 0.5 h in vacuum, and the boehmite transforms into 5- and 0-AlO. The monoliths have a specific surface area of 454 m2 g-1, a geometric density of 0.36 gcm-3, and a total porosity of 86% by volume. The diameter of the filaments forming the monolith is -760 pm, and the channel width is -710 pm. The compressive strength of the monolith is 0.5 MPa.

El catalizador 3D Pd/CA comprende un 5% en peso de paladio (Pd) soportado sobre el monolito de CA. El tamaño de las nanopartículas de paladio es de -2 nm. El Pd se incorpora en el monolito por impregnación según el siguiente proceso: The 3D Pd/CA catalyst comprises 5% by weight of palladium (Pd) supported on the CA monolith. The size of the palladium nanoparticles is -2 nm. The Pd is incorporated into the monolith by impregnation according to the following process:

- 0,267 g de PdCL se disuelven en 42,5 mL de una disolución 0,30 M HCI y se calientan a 650C. - 0.267 g of PdCL is dissolved in 42.5 mL of a 0.30 M HCI solution and heated to 650C.

- 6 monolitos 3D Pd/CA, con un peso total en torno a 3 g, se sumergen en la disolución precursora a 650C y se mantienen en agitación durante 1 h en un agitador de rodillos rotatorio y oscilante. - 6 3D Pd/CA monoliths, with a total weight of around 3 g, are immersed in the precursor solution at 650°C and kept under stirring for 1 h in a rotating and oscillating roller shaker.

- Posteriormente, la disolución precursora se divide en alícuotas de volumen adecuado para sumergir un monolito en cada alícuota, y se introducen en un horno a la temperatura adecuada para que la disolución precursora alcance la temperatura de 950C. - Subsequently, the precursor solution is divided into aliquots of adequate volume to immerse a monolith in each aliquot, and they are introduced into an oven at the appropriate temperature so that the precursor solution reaches the temperature of 950C.

- Cuando la mitad de la disolución precursora se ha evaporado, se da la vuelta al monolito para favorecer la distribución homogénea de paladio en toda la superficie del mismo, y se espera hasta evaporación total del agua. - When half of the precursor solution has evaporated, the monolith is turned over to promote the homogeneous distribution of palladium over its entire surface, and the water is allowed to evaporate completely.

- Los monolitos con Pd impregnado se lavan con agua Milli Q y se secan en una estufa a 600C durante 12h. - The Pd-impregnated monoliths are washed with Milli Q water and dried in an oven at 600C for 12h.

- Los monolitos con Pd impregnado se tratan con un gas reductor H2/N2 (100:50 mL-min'1) a 2500C durante 2 h. - The Pd-impregnated monoliths are treated with a reducing gas H2/N2 (100:50 mL-min'1) at 2500C for 2 h.

Los catalizadores 3D Pd/CA se emplean en la deshidrogenación catalítica de AF en fase líquida para producir H2. Se trabaja en un reactor lecho fijo cargado con 5 monolitos, operado con dos grupos de condiciones de operación diferentes: 3D Pd/Ca catalysts are used in the catalytic dehydrogenation of AF in the liquid phase to produce H2. The reactor is loaded with five monoliths and is operated under two different operating conditions:

- Grupo 1: temperatura de 25 0C, caudal de disolución acuosa de AF de 0,25 mL-min'1, tiempo espacial 160 gcat h L'1, concentración inicial de AF de 1 M, caudal de helio de 17 mL-min'1, y a presión atmosférica (curva gris oscura de trazado intermitente con círculos grises oscuros de la Figura 3). - Group 1: temperature of 25 0C, aqueous solution flow rate of AF of 0.25 mL-min'1, space time 160 gcat h L'1, initial AF concentration of 1 M, helium flow rate of 17 mL-min'1, and at atmospheric pressure (dark grey curve with intermittent traces and dark grey circles in Figure 3).

- Grupo 2: temperatura de 55 0C, caudal de disolución acuosa de AF de 0,25 mL-min'1, tiempo espacial 320 gcat h-L'1, concentración inicial de AF de 0,5 M, caudal de helio de 17 mL-min'1, y a presión atmosférica (curva gris claro de trazado de rayas y puntos y triángulos grises claros Figura 3). - Group 2: temperature of 55 0C, aqueous solution flow rate of AF of 0.25 mL-min'1, space time 320 gcat h-L'1, initial AF concentration of 0.5 M, helium flow rate of 17 mL-min'1, and at atmospheric pressure (light grey curve of dash and dot plot and light grey triangles Figure 3).

En condiciones de operación Grupo 1, se obtiene una conversión de AF del 80,3% (curva gris oscura de trazado intermitente con círculos grises oscuros Figura 3a) y un caudal de gas de 10 mL-min'1 (curva gris oscura de trazado intermitente con círculos grises oscuros Figura 3b). La selectividad a la reacción de deshidrogenación es del 100%. Por tanto, se obtiene H2 y C02 como únicos productos de la reacción. La actividad se mantiene durante 3 h de uso, a partir de este tiempo comienza la desactivación progresiva del catalizador hasta perder la actividad por completo a las 27 h de uso. Under Group 1 operating conditions, an AF conversion of 80.3% is obtained (dark grey curve with intermittent traces and dark grey circles, Figure 3a) and a gas flow rate of 10 mL-min'1 (dark grey curve with intermittent traces and dark grey circles, Figure 3b). The selectivity to the dehydrogenation reaction is 100%. Therefore, H2 and C02 are obtained as the only reaction products. The activity is maintained for 3 h of use, after which the catalyst begins to progressively deactivate until its activity is completely lost after 27 h of use.

En condiciones de operación Grupo 2, se obtiene una conversión de AF del 94,4% (curva gris claro de trazado de rayas y puntos y triángulos grises claros Figura 3a) y un caudal de gas de 5,8 mL-min'1 (curva gris claro de trazado de rayas y puntos y triángulos grises claros Figura 3b). La selectividad a la reacción de deshidrogenación es del 100%. Por tanto, se obtiene H2 y C02 como únicos productos de la reacción. La actividad se mantiene durante 30 h de uso, a partir de este tiempo comienza la desactivación progresiva del catalizador hasta perder la actividad por completo a partir de las 50 h de uso. Under Group 2 operating conditions, an AF conversion of 94.4% is obtained (light grey curve plotted with dashes and dots and light grey triangles in Figure 3a) and a gas flow rate of 5.8 mL-min'1 (light grey curve plotted with dashes and dots and light grey triangles in Figure 3b). The selectivity to the dehydrogenation reaction is 100%. Therefore, H2 and C02 are obtained as the only reaction products. The activity is maintained for 30 h of use, after which the catalyst begins to progressively deactivate until its activity is completely lost after 50 h of use.

En ambos casos, el catalizador 3D Pd/CA recupera la actividad tras someterlo a un secado a 600C en una estufa en atmosfera de aire durante 24 h. In both cases, the 3D Pd/CA catalyst recovers its activity after being dried at 600C in an oven in an air atmosphere for 24 h.

Claims (15)

REIVINDICACIONES 1. Un catalizador 3D Pd/CA caracterizado por que comprende:1. A 3D Pd/CA catalyst characterized in that it comprises: • una estructura tridimensional impresa de filamentos, donde los filamentos comprenden poros, donde cada filamento está formado por• a printed three-dimensional structure of filaments, where the filaments comprise pores, where each filament is formed by ocarbón activo (CA) y/o carbón activo oxidado (CA-OX); yactivated carbon (AC) and/or oxidized activated carbon (AC-OX); and ooxido de aluminio (AI2O3); yaluminum oxide (AI2O3); and • un recubrimiento heterogéneo de nanopartículas de paladio (Pd) sobre toda la superficie de la estructura tridimensional de filamentos,• a heterogeneous coating of palladium (Pd) nanoparticles over the entire surface of the three-dimensional filament structure, donde:where: el porcentaje en peso de la estructura tridimensional impresa es de entre el 90% y el 99% respecto al total del peso del catalizador;The weight percentage of the printed three-dimensional structure is between 90% and 99% of the total weight of the catalyst; la cantidad del recubrimiento de Pd es de entre el 1% y el 10% en peso respecto al total del peso del catalizador, yThe amount of Pd coating is between 1% and 10% by weight relative to the total weight of the catalyst, and donde la estructura 3D impresa comprende al menos dos estructuras bidimensionales de filamentos, una primera estructura bidimensional y una segunda estructura bidimensional, donde la primera estructura bidimensional y la segunda estructura bidimensional están apiladas, son paralelas y están giradas entre sí entre 86o y 94°, preferiblemente entre 89o y 91°, donde la estructura tridimensional a su vez comprende canales abiertos formando un patrón de macroporos interconectadoswhere the 3D printed structure comprises at least two two-dimensional filament structures, a first two-dimensional structure and a second two-dimensional structure, where the first two-dimensional structure and the second two-dimensional structure are stacked, are parallel and are rotated relative to each other between 86° and 94°, preferably between 89° and 91°, where the three-dimensional structure in turn comprises open channels forming a pattern of interconnected macropores donde cada estructura bidimensional de filamentos comprende al menos 3 filamentos, un primer filamento, un segundo filamento y un tercer filamento, los 3 con trayectoria rectilínea y en la misma dirección paralelos entre sí;where each two-dimensional filament structure comprises at least 3 filaments, a first filament, a second filament and a third filament, all 3 with a straight path and in the same direction parallel to each other; donde el filamento tiene un diámetro final de entre 225 pm y 1,080 una distancia entre filamentos de entre 0,65 y 0,75 mm;where the filament has a final diameter of between 225 pm and 1,080 and a distance between filaments of between 0.65 and 0.75 mm; donde la estructura tridimensional impresa es una estructura sin marco exterior; y donde la estructura tridimensional impresa tiene una densidad de entre 0,34 g cm-3 y 0,46 g cm-3 y una porosidad total de entre 84% y 87%.where the printed three-dimensional structure is a frameless structure; and where the printed three-dimensional structure has a density of between 0.34 g cm-3 and 0.46 g cm-3 and a total porosity of between 84% and 87%. 2. El catalizador según la reivindicación 1, donde el AI2O3 está presente en fases cristalinas a, 5, 0 y/o cualquiera de sus combinaciones.2. The catalyst according to claim 1, wherein the AI2O3 is present in crystalline phases a, 5, 0 and/or any combination thereof. 3. El catalizador según cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, donde la estructura 3D impresa es cilindrica.3. The catalyst according to any of claims 1 or 2, wherein the 3D printed structure is cylindrical. 4. El catalizador según la reivindicación 3, donde la estructura 3D impresa cilindrica tiene un diámetro de entre 10 mm y 30 mm.4. The catalyst according to claim 3, wherein the cylindrical 3D printed structure has a diameter between 10 mm and 30 mm. 5. El catalizador según la reivindicación 5, donde la estructura 3D impresa cilindrica tiene una altura de entre 1 mm y 30 mm.5. The catalyst according to claim 5, wherein the cylindrical 3D printed structure has a height of between 1 mm and 30 mm. 6. El catalizador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, donde la estructura 3D impresa comprende entre un 55% y un 90,9% de CA y/o CA-OX y de entre un 9,1% y un 45% de AI2O3.6. The catalyst according to any of claims 1 to 5, wherein the printed 3D structure comprises between 55% and 90.9% of CA and/or CA-OX and between 9.1% and 45% of AI2O3. 7. Procedimiento de obtención del catalizador definido en cualquiera de las reivindicaciones 1a6, que comprende las etapas de:7. Method for obtaining the catalyst defined in any of claims 1 to 6, comprising the steps of: a) impresión directa de tintas (DIW) acuosas basadas en mezclas de CA o CA-OX y gel de bohemita para obtener la estructura 3D;a) direct printing of aqueous inks (DIW) based on mixtures of CA or CA-OX and boehmite gel to obtain the 3D structure; b) tratamiento térmico de la estructura 3D obtenida en la etapa (a) a una temperatura de entre 1200 0C y 1400 0C, preferiblemente a 1300 0C, en vacío, y durante un tiempo de entre 0,4 h y 2 h, preferiblemente durante 0,5 h, para transformar la bohemita en AI2O3, y preferiblemente con fases cristalinas a, 5y0;b) heat treatment of the 3D structure obtained in step (a) at a temperature between 1200 0C and 1400 0C, preferably at 1300 0C, in vacuum, and for a time between 0.4 h and 2 h, preferably for 0.5 h, to transform boehmite into AI2O3, and preferably with crystalline phases a, 5y0; c) recubrimiento de la estructura 3D tras el tratamiento térmico de la etapa (b) con nanopartículas de Pd obtenidas a partir de PdCh disuelto en una disolución acuosa de HCI en una concentración de entre 0,2 M y 0,6 M, preferiblemente disuelto en una disolución acuosa de HCI en una concentración de 0,30 M, calentando previamente, durante un tiempo de entre 0,8 h y 3 h, preferiblemente durante 1 h, a una temperatura de entre 35 0C y 75 0C, preferiblemente a una temperatura de 65 0C, para seguidamente llevar a evaporación completa de la disolución acuosa de HCI a una temperatura entre 90 y 980C, preferiblemente a una temperatura de 950C;c) coating the 3D structure after the heat treatment of step (b) with Pd nanoparticles obtained from PdCh dissolved in an aqueous solution of HCl at a concentration of between 0.2 M and 0.6 M, preferably dissolved in an aqueous solution of HCl at a concentration of 0.30 M, previously heating, for a time of between 0.8 h and 3 h, preferably for 1 h, at a temperature of between 35 0C and 75 0C, preferably at a temperature of 65 0C, to then carry out complete evaporation of the aqueous solution of HCl at a temperature between 90 and 980 C, preferably at a temperature of 950 C; d) lavado de la estructura 3D de Pd obtenida en la etapa (c) con agua milli Q y a continuación secado a una temperatura entre 50 0C y 70 0C, preferiblemente a una temperatura de 600C, durante un tiempo de entre 10 hy24h, preferiblemente durante 12 h;d) washing the 3D Pd structure obtained in step (c) with milli Q water and then drying at a temperature between 50 0C and 70 0C, preferably at a temperature of 600C, for a time between 10 h and 24 h, preferably for 12 h; e) tratamiento de la estructura 3D de Pd obtenida en la etapa (d) con un gas reductor H2/N2 (100:50 mL-min'1) a una temperatura de entre 2000C y 350 0C, preferiblemente a 250 0C, durante un tiempo de entre 1,8 h y 4 h, preferiblemente durante un tiempo de 2 h, para obtener el catalizador 3D Pd/CA definido anteriormente.e) treatment of the 3D Pd structure obtained in step (d) with a reducing gas H2/N2 (100:50 mL-min'1) at a temperature between 2000C and 350 0C, preferably at 250 0C, for a time between 1.8 h and 4 h, preferably for a time of 2 h, to obtain the 3D Pd/CA catalyst defined above. 8. Procedimiento según la reivindicación 7, donde la tinta acuosa de la etapa (a) comprende entre un 70% y un 90,9% de CA o CA-OX y de entre un 9,1% y un 30% de gel de bohemita y donde en la tinta acuosa los sólidos representan un porcentaje en peso de entre 40% y 42% con respecto al total de la tinta.8. Method according to claim 7, wherein the aqueous ink of step (a) comprises between 70% and 90.9% of CA or CA-OX and between 9.1% and 30% of boehmite gel and where in the aqueous ink the solids represent a percentage by weight of between 40% and 42% with respect to the total ink. 9. Uso del catalizador definido según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 para producir H2 libre de CO a partir de la deshidrogenación catalítica del ácido fórmico en fase líquida.9. Use of the catalyst defined according to any of claims 1 to 7 for producing CO-free H2 from the catalytic dehydrogenation of formic acid in the liquid phase. 10. uso del catalizador según la reivindicación 9, donde la condiciones son a presión atmosférica de entre 0,8 atm y1,2 atm y a una temperatura de entre 250C y 550C.10. Use of the catalyst according to claim 9, wherein the conditions are at atmospheric pressure between 0.8 atm and 1.2 atm and at a temperature between 250C and 550C. 11. El uso del catalizador según la reivindicación 9, donde la deshidrogenación catalítica de AF se lleva a cabo en un reactor de lecho fijo cargado con al menos un catalizador 3D Pd/CA.11. The use of the catalyst according to claim 9, wherein the catalytic dehydrogenation of AF is carried out in a fixed bed reactor loaded with at least one 3D Pd/CA catalyst. 12. El uso del catalizador según cualquiera de las reivindicaciones 9 o 10, donde la deshidrogenación catalítica de AF se lleva a cabo con un caudal de disolución acuosa de AF de entre el 0,125 mLmin'1 y 1 mLmin'1.12. The use of the catalyst according to any of claims 9 or 10, wherein the catalytic dehydrogenation of AF is carried out with a flow rate of aqueous AF solution of between 0.125 mLmin'1 and 1 mLmin'1. 13. El uso del catalizador según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, donde la deshidrogenación catalítica de AF se lleva a cabo en un tiempo espacial de entre el 40 gcat h-L'1 y 320 gcarh-l_-1.13. The use of the catalyst according to any of claims 9 to 11, wherein the catalytic dehydrogenation of AF is carried out in a space time of between 40 gcat h-L'1 and 320 gcarh-l_-1. 14. El uso del catalizador según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12, donde la deshidrogenación catalítica de AF se lleva a cabo a una concentración inicial de AF de entre 0,25 My2M.14. The use of the catalyst according to any of claims 9 to 12, wherein the catalytic dehydrogenation of AF is carried out at an initial AF concentration of between 0.25 My2M. 15. El uso del catalizador según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 13, donde la deshidrogenación catalítica de AF se lleva a cabo con un caudal de helio (He) de entre 5 mL min'1 y 30 mL min'1.15. The use of the catalyst according to any of claims 9 to 13, wherein the catalytic dehydrogenation of AF is carried out with a helium (He) flow rate of between 5 mL min'1 and 30 mL min'1.
ES202330043A 2023-01-23 2023-01-23 3D STRUCTURED CATALYST BASED ON ACTIVATED CARBON Active ES2977942B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ES202330043A ES2977942B2 (en) 2023-01-23 2023-01-23 3D STRUCTURED CATALYST BASED ON ACTIVATED CARBON
PCT/ES2024/070029 WO2024156929A1 (en) 2023-01-23 2024-01-17 3d structured catalyst based on activated carbon

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ES202330043A ES2977942B2 (en) 2023-01-23 2023-01-23 3D STRUCTURED CATALYST BASED ON ACTIVATED CARBON

Publications (2)

Publication Number Publication Date
ES2977942A1 ES2977942A1 (en) 2024-09-03
ES2977942B2 true ES2977942B2 (en) 2025-06-20

Family

ID=90053634

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES202330043A Active ES2977942B2 (en) 2023-01-23 2023-01-23 3D STRUCTURED CATALYST BASED ON ACTIVATED CARBON

Country Status (2)

Country Link
ES (1) ES2977942B2 (en)
WO (1) WO2024156929A1 (en)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10767062B2 (en) 2017-06-05 2020-09-08 Lawrence Livermore National Security, Llc System and method for forming activated carbon aerogels and performing 3D printing
CN110479256A (en) * 2019-08-06 2019-11-22 北京化工大学 A kind of preparation method and applications for the alloy catalyst producing hydrogen for formic acid
ES2829958B2 (en) 2019-12-02 2021-12-21 Consejo Superior Investigacion PROCEDURE FOR OBTAINING INTEGRAL CARBON MONOLITHS AND OBTAINED CARBON MONOLITHS
CN114192148A (en) 2021-12-23 2022-03-18 华东理工大学 Hydrogen production catalyst based on 3D printing dealloying process, preparation method and application

Also Published As

Publication number Publication date
ES2977942A1 (en) 2024-09-03
WO2024156929A1 (en) 2024-08-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Liu et al. Photocatalytic conversion of nitrogen to ammonia with water on triphase interfaces of hydrophilic-hydrophobic composite Bi4O5Br2/ZIF-8
Qu et al. Accelerated catalytic ozonation in a mesoporous carbon-supported atomic Fe–N4 sites nanoreactor: confinement effect and resistance to poisoning
Taghavimoghaddam et al. Preparation and characterization of mesoporous silica supported cobalt oxide as a catalyst for the oxidation of cyclohexanol
Akhter et al. Novel nanostructured-TiO2 materials for the photocatalytic reduction of CO2 greenhouse gas to hydrocarbons and syngas
Piumetti et al. Mesoporous silica supported Rh catalysts for high concentration N2O decomposition
KR100420787B1 (en) Carbon Molecular Sieve and Process for Preparing the Same
Pachfule et al. Highly stable covalent organic framework–Au nanoparticles hybrids for enhanced activity for nitrophenol reduction
Hussain et al. Nanostructured TiO2/KIT-6 catalysts for improved photocatalytic reduction of CO2 to tunable energy products
Feng et al. Hydrogen generation at ambient conditions: AgPd bimetal supported on metal–organic framework derived porous carbon as an efficient synergistic catalyst
Wang et al. Design and synthesis of porous C–ZnO/TiO2@ ZIF-8 multi-component nano-system via pyrolysis strategy with high adsorption capacity and visible light photocatalytic activity
Zheng et al. A highly active and hydrothermal-resistant Cu/ZnO@ NC catalyst for aqueous phase reforming of methanol to hydrogen
WO2018223054A1 (en) Manganese-cobalt spinel oxide nanowire arrays
Serrano et al. Enhanced photocatalytic hydrogen production by improving the Pt dispersion over mesostructured TiO2
Kim et al. Hydrogen production via the aqueous phase reforming of ethylene glycol over platinum-supported ordered mesoporous carbon catalysts: Effect of structure and framework-configuration
Kim et al. Catalytic activity and stability of carbon supported V oxides and carbides synthesized via pyrolysis of MIL-47 (V)
Zhou et al. Hollow porous zinc cobaltate nanocubes photocatalyst derived from bimetallic zeolitic imidazolate frameworks towards enhanced gaseous toluene degradation
Huang et al. Confined growth of MOF nanocrystals using a “locked” metal ion source
Zhang et al. Encapsulation of Au nanoparticles with well-crystallized anatase TiO 2 mesoporous hollow spheres for increased thermal stability
Song et al. Solid strong base K-Pt/NaY zeolite nano-catalytic system for completed elimination of formaldehyde at room temperature
Kuwahara et al. Facile Synthesis of Yolk–Shell Nanostructured Photocatalyst with Improved Adsorption Properties and Molecular‐Sieving Properties
El-Safty et al. Nanosized NiO particles wrapped into uniformly mesocaged silica frameworks as effective catalysts of organic amines
Yu et al. Efficient catalysis using honeycomb-like N-doped porous carbon supported Pt nanoparticles for the hydrogenation of cinnamaldehyde in water
Hu et al. Enhanced Lewis basicity of ZIF-8 from metal incorporation (Mg, Cu, or Ce) for glycerol carboxylation using CO2 as a feedstock
Abedi et al. Improved activity of palladium nanoparticles using a sulfur-containing metal–organic framework as an efficient catalyst for selective aerobic oxidation in water
CN1819316A (en) Support for fuel reforming catalyst with excellent heat and mass transfer characteristics and method of preparing the same

Legal Events

Date Code Title Description
BA2A Patent application published

Ref document number: 2977942

Country of ref document: ES

Kind code of ref document: A1

Effective date: 20240903

FG2A Definitive protection

Ref document number: 2977942

Country of ref document: ES

Kind code of ref document: B2

Effective date: 20250620