Título de Química Ambiental / La combustión residencial de biomasa es una fuente de energía común de calefacción y cocina en Chile especialmente en las ciudades del centro y sur. Sin embargo, al mismo tiempo produce importantes cantidades de contaminantes perjudiciales para la salud. El presente trabajo de seminario de título se enfoca en la preparación y caracterización de catalizadores de cobre y potasio soportados en partículas tipo núcleocarcasa: Y2O3CeO2@TiO2 y Sm2O3CeO2@TiO2, y su posterior aplicación a la eliminación de contaminantes provenientes de la combustión de leña, en particular NO y CO. El soporte que consiste de un núcleo (TiO2) y carcasa (CeO2 estabilizado con itrio o samario) fue sintetizado por un método de micela inversa y posteriormente impregnado con precursores de cobre y potasio. Asimismo, con el fin de determinar y relacionar las características superficiales de los catalizadores con su actividad, se utilizaron diversas técnicas de caracterización (TEM, SEM, área BET, XRD, DRIFTS, TPR). En las condiciones estudiadas, los resultados muestran que el catalizador previamente reducido a 500ºC (K/Cu/Sm2O3CeO2@TiO2) es altamente activo en la reducción selectiva de NO con CO en presencia de oxígeno. De hecho, presenta conversión completa de CO desde los 255ºC y un 97% de conversión de NO a partir de los 330ºC. Las especies de cobre altamente dispersas en interacción con la fase de potasio son capaces de reducir NO generando una variedad de especies superficiales de nitratos y nitritos, posteriormente reducidos a N2. Este catalizador basado en cobre y xiii libre de metales nobles posee un alto potencial comercial para su utilización en la eliminación de NO con CO en condiciones oxidantes. / Residential combustion of biomass is a common source of energy for heating and cooking in Chile, especially in central and southern cities. However, at the same time it produces important amounts of pollutants that are harmful to health. The present seminar thesis is focused in the preparation and characterization of copper and potassium based catalysts supported on particles of a core-shell type: Y2O3CeO2@TiO2 and Sm2O3CeO2@TiO2, and its subsequent use in the elimination of pollutants originated from the combustion of firewood, specifically NO and CO. The support consisting of a core (TiO2) and shell (CeO2 stabilized with yttrium or samarium) were synthesized by a reverse micelle method and thereafter impregnated with copper and potassium precursors. In the same way, in order to determine and relate the activity and surface characteristics of the catalysts, a variety of characterization techniques were used (TEM, SEM, BET area, XRD, DRIFTS, TPR). Under the conditions used in this study, the results show that the catalyst previously reduced at 500oC (K/Cu/Sm2O3CeO2@TiO2) is highly active in the selective reduction of NO with CO in the presence of oxygen. In fact, it shows full conversion of CO from 255oC and 97% conversion of NO from 330oC. The highly dispersed copper species interacting with the potassium phase are able to reduce NO, further generating a variety of surface nitrite and nitrate species, which are then reduced to N2. This copperbased catalyst, free of noble-metals, possesses a high commercial potential for being used in the elimination of NO with CO under oxidizing conditions.

Título de Química Ambiental / La contaminación intradomiciliaria en Chile ocurre principalmente por la utilización de estufas y cocinas que utilizan leña. El uso de aparatos antiguos y leña húmeda conlleva a la combustión incompleta de este combustible, lo cual contribuye a la emisión de gases y partículas con efectos nocivos en la salud. El presente seminario de título se basa en la síntesis y caracterización de un grupo de catalizadores sólidos, los cuales contienen cobre y potasio como fases activas, mientras que el soporte es un conjunto tipo núcleo-carcasa de óxidos de titanio y cerio, respectivamente. Estos catalizadores son capaces de convertir varios contaminantes, principalmente naftaleno, CO y NO, en compuestos inertes. Por el método de micela inversa se sintetizaron cuatro soportes utilizando diferentes espesores de la carcasa de CeO2 y estabilizando esta fase por medio de su dopaje con samario. Además, para comprender la actividad catalítica se caracterizaron los catalizadores utilizando diversas técnicas físicas y espectroscópicas (área BET, XRD, TPR, Raman y DRIFTs). De acuerdo con los resultados, el catalizador K/Cu/Sm2O3CeO2@TiO2 con 2.7 nm de espesor de la capa de CeO2, presentó la mejor actividad catalítica para la reducción de NO con CO en presencia de O2. Al adicionar naftaleno a la reacción, el catalizador Cu/Sm2O3CeO2@TiO2 presentó una conversión completa de todos los contaminantes. Por otra parte, el catalizador K/Cu/Sm2O3CeO2@TiO2 mostró conversión completa de CO y NO y un máximo de conversión de naftaleno de 66% a los 350 °C. Estos catalizadores, libres de metales nobles, utilizados en condiciones adecuadas, constituyen una alternativa para utilizarlos en estufas y así reducir los contaminantes en el interior de hogares. / Indoors pollution in Chile mainly occurs by the use of stoves based on the use of firewood. The use of old stoves and humid firewood lead to the incomplete combustion of this fuel, which contributes to the emission of gases and particle matter with harmful effects on health. The present thesis is based on the synthesis and characterization of a set of solid catalysts, which have copper and potassium as active phases, whereas the support is a core-shell ensemble of oxides of titanium and cerium, respectively. These catalysts are able to convert several pollutants, mainly naphthalene, CO and NO, into inert compounds. By means of the reverse micelle method, four supports were synthesized using different thicknesses of the CeO2 shell and stabilizing this phase by doping it with samarium. Additionally, in order to understand the catalytic activity, the catalysts were characterized using physical and spectroscopic techniques (BET, XRD, TPR, Raman and DRIFTs). According to the results, the K/Cu/Sm2O3CeO2@TiO2 catalyst with 2.7 nm thickness of the CeO2 layer, presented the best catalytic activity for the reduction of NO with CO in the presence of O2. When adding naphthalene to the reaction, the Cu/Sm2O3CeO2@TiO2 catalyst showed a complete conversion of all the pollutants. On the other hands, the K/Cu/Sm2O3CeO2@TiO2 catalyst showed complete conversion of CO and NO, as well as a maximum conversion of naphthalene of 66% at 350 °C. These catalysts, free of noble metals and used in suitable conditions, constitute a viable alternative for using them in stoves and thus, being able to reduce pollutants from home indoors. 1 1.1 Antecedentes

Título de Química Ambiental / Al considerar la matriz energética de Chile, la combustión de biomasa es especialmente relevante al sur del país, específicamente entre las regiones de O`Higgins y Aysén, donde se estima que el 74% de los hogares utilizan esta fuente de energía para calefacción y cocción de alimentos. Sin embargo, la combustión de leña húmeda y de sistemas de calefacción ineficientes, han llevado a altos índices de contaminación atmosférica producto del uso no regulado de este recurso. De acuerdo a esta problemática, el presente seminario de título consiste en transformar productos nocivos comunes de la combustión como el NO y CO en compuestos inertes. Para ello, se plantea la síntesis y posterior estudio de un catalizador sólido en base a cobre y potasio soportado en partículas de CeO2/TiO2-SiO2. Este catalizador fue impregnado en un monolito cerámico tipo cordierita por el método washcoat o de impregnación húmeda. Adicionalmente, para comprender los fenómenos fisicoquímicos en la superficie del catalizador bajo condiciones de reacción, éstos fueron caracterizados mediante técnicas físicas y espectroscópicas, entre las que se incluyen TPR, XRD, área BET, Raman, DRIFTS y SEM. Los resultados de actividad catalítica en condiciones controladas mostraron que el catalizador K/Cu/CeO2/(5)TiO2-SiO2, previamente reducido con H2/Ar a 500°C, presenta una alta actividad para la reducción selectiva de NO con CO. Para catalizadores de lecho empacado se alcanzó el 100% de conversión de CO y 92% de NO, mientras que para monolitos impregnados se logró 95% y 77% de conversión de CO y NO respectivamente. RESUMEN / Considering the energy grid of Chile, the combustion of biomass is especially relevant in the southern part of the country, specifically between the Regions of O'Higgins and Aysen, where 74% of households use this source of energy for cooking and heating. However, the combustion of firewood with high levels of humidity together with inefficient heating appliances, have led to high levels of atmospheric pollution due to the unregulated use of this resource. According to these problems, the present thesis work consists of transforming common harmful products of combustion, such as NO and CO into inert compounds. For this purpose, the synthesis and further study of a solid catalyst based on copper and potassium supported on particles of CeO2/TiO2-SiO2 is here proposed. This catalyst was impregnated onto a cordierite ceramic monolith using a washcoat method or wet impregnation. Additionally, in order to understand the physicochemical phenomena on the surface of the catalyst under reaction conditions, they were characterized through physical and spectroscopic techniques, among which TPR, XRD, BET area, Raman, DRIFTS, and SEM were included. The catalytic activity results under controlled conditions showed that the K/Cu/CeO2/(5)TiO2-SiO2 catalyst, previously reduced with H2/Ar at 500 oC, presents a high activity on the reduction of NO with CO. For bed-packed catalysts, a 100% conversion of CO and 92% conversion of NO, where achieved, whereas the impregnated monoliths gave 95% and 77% conversion of CO and NO, respectively. ABSTRACT