Guía Docente de CATÁLISIS MOLECULAR PARA UN DESARROLLO SOSTENIBLE. Máster Universitario en QUÍMICA FINA Y MOLECULAR

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1 Guía Docente de CATÁLISIS MOLECULAR PARA UN DESARROLLO SOSTENIBLE Universidad de Murcia Curso Académico: 010/11 Facultad de Máster Universitario en QUÍMICA FINA Y MOLECULAR 1-Identificación 1.1. De la asignatura Nombre de la asignatura Catálisis Molecular para un Desarrollo Sostenible Código 545 Curso 1º Carácter Optativo ECTS 3 Duración Cuatrimestral 1. Del profesorado: Nombre y Área/ Despacho y Teléfono Correo electrónico Horario de Apellidos Departamento Facultad dónde se ubica. y página web. atención al alumnado Clases teóricas 1º C º C Francisca Tomás Ingeniería Facultad de ptomas@um.es L, M y J Alonso Gloria Víllora Ingeniería Cano Clases prácticas de laboratorio Facultad de gvillora@um.es de 1 a 14 h L, M, X y J de 16 a 17:30 Francisca Tomás Alonso Ingeniería Facultad de ptomas@um.es L, M y J de 1 a 14 h - Presentación La intención primaria de esta asignatura es concienciar al alumno de la extraordinaria importancia e influencia que los criterios adecuados de optimización química y

2 sostenibilidad medioambiental pueden ejercer en cualquier proceso de diseño. Para conciliar el máximo rendimiento de reacción con el mínimo despilfarro de recursos la máxima contribución al desarrollo sostenible, es preciso diseñar una metodología cuidadosa del proceso catalítico o de adsorción de que se trate, teniendo en cuenta que más del 90% de los procesos químicos industriales son catalíticos. La catálisis heterogénea participa por igual del carácter científico y tecnológico, ya que para la comprensión del funcionamiento de un catalizador no basta con una estrategia empírica, sino que deben poseerse sólidos conocimientos estructurales en Física y Inorgánica, así como una base técnica adecuada en Ingeniería. Por otra parte, la formulación global de un catalizador trasciende de la mera receta descriptiva y empírica para convertirse en una ciencia artesanal que incluye una cuidadosa planificación experimental, un diseño flexible acoplado con etapas de caracterización y ensayos, así como un proceso final de escalación. La caracterización estructural y funcional de los sólidos catalíticos incluye el estudio de las técnicas más novedosas en este campo, desde una perspectiva eminentemente aplicada, ilustrada con casos reales. Se hará especial hincapié en técnicas de probada eficacia como adsorción de nitrógeno y porosimetría de mercurio (textura), TGA y TPD (análisis térmico), XPS (superficie), XRD (estructura), y SEM (morfología). La eliminación de los agentes contaminantes medioambientales por vía catalítica es decisiva para la conservación del medio ambiente natural a través de un desarrollo sostenible. Como aplicaciones destacables del uso de catalizadores para eliminar los contaminantes procedentes de focos antropogénicos de emisiones primarias se han seleccionado dos focos fijos industriales (central térmica y fábrica de abonos), y un foco móvil (automóviles de gasolina). En cuanto a ciertas aplicaciones especialmente novedosas, la reducción del principal responsable del efecto invernadero (CO ) a través de una reacción química in situ como es el chemical looping (óxido metálico + metano CO puro+ H O), y utilizaciones de última generación como la sustitución de los disolventes orgánicos convencionales utilizados en reacciones catalíticas enzimáticas de química fina por otros más benignos, los líquidos iónicos. 3- Conocimientos previos

3 Los propios del Máster. Se pueden seguir las clases sin problemas. 4- Competencias - Ser capaz de aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de resolución de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios (o multidisciplinares) relacionados con la Ingeniería. - Ser capaces de integrar conocimientos y enfrentarse a la complejidad de formular juicios a partir de una información que, siendo incompleta o limitada, incluya reflexiones sobre las responsabilidades sociales y éticas vinculadas a la aplicación de sus conocimientos y juicios. - Poder comunicar sus conclusiones y los conocimientos y razones últimas que las sustentan a públicos especializados y no especializados de un modo claro y sin ambigüedades. - Poseer las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar estudiando de un modo que habrá de ser en gran medida autodirigido o autónomo. - Aplicar conocimientos de matemáticas, física, química, biología y otras ciencias naturales, obtenidos mediante estudio, experiencia, y práctica, con razonamiento crítico para establecer soluciones viables económicamente a problemas técnicos. - Diseñar productos, procesos, sistemas y servicios de la industria química, así como la optimización de otros ya desarrollados, tomando como base tecnológica las diversas áreas de la ingeniería química, comprensivas de procesos y fenómenos de transporte, operaciones de separación e ingeniería de las reacciones químicas, nucleares, electroquímicas y bioquímicas - Tener habilidad para solucionar problemas que son poco familiares, incompletamente definidos, y tienen especificaciones en competencia, considerando los posibles métodos de solución, incluidos los más innovadores, seleccionando el más apropiado, y poder corregir la puesta en práctica, evaluando las diferentes soluciones de diseño. - Adaptarse a los cambios estructurales de la sociedad motivados por factores o fenómenos de índole económico, energético o natural, para resolver los problemas derivados y aportar soluciones tecnológicas con un elevado compromiso de sostenibilidad. 5- Contenidos Programa teórico: Bloque 1: Fundamentos científicos y tecnológicos. Tema 1.-Intervención de la Catálisis Heterogénea en la problemática medioambiental.

4 Tema.- Fundamentos científico-técnicos del diseño de catalizadores. Tema 3.- Preparación de catalizadores industriales. Bloque : Metodologías de investigación de nuevos procesos catalíticos. Tema 4.- Métodos de ensayo de catalizadores. Tema 5.- Técnicas estandarizadas de caracterización de sólidos catalíticos. Bloque 3: Procesos Catalíticos en un ámbito de Sostenibilidad. Tema 6.- Eliminación de dióxido de carbono mediante chemical looping. Tema 7.- Últimos avances en pilas de combustible. Tema 8.- La desulfuración de gases a alta temperatura. Tema 9. -Fabricación de biodiesel. Tema 10.- Aplicación de disolventes verdes (líquidos iónicos y dióxido de carbono supercrítico) al diseño de procesos catalíticos en Industrial y Bioquímica. Programa de clases prácticas: VISITAS PROGRAMADAS AL SERVICIO DE APOYO A LAS CIENCIAS EXPERIMENTALES (UMU) 6- Metodología docente y Estimación del volumen de trabajo del estudiante (ECTS) Se utilizarán todos los instrumentos metodológicos al alcance del profesorado, incluyendo las TICs, y específicamente el entorno SUMA docente. También se usarán páginas web y se repartirá documentación, en su caso. El contenido de la asignatura se colocará desde el principio en el entorno SUMA para que todos los alumnos tengan acceso a él desde el primer día de clase, eliminando la necesidad de tomar apuntes. Se utilizarán los seminarios como instrumentos participativos y facilitadores de la adquisición de competencias transversales, y se programará la impartición de conferencias por parte de profesionales de empresas de reconocido prestigio. La parte práctica incluye una sesión en el Servicio de Apoyo a las Ciencias Experimentales, donde se aplicarán las técnicas tratadas en las clases teóricas. NOMBRE DE LA ASIGNATURA: DISEÑO DE PROCESOS CATALÍTICOS SOSTENIBLES

5 Nº de alumnos: Todos los matriculados Nº de grupos de Teoría: 1 Créditos: 3 ECTS Nº de grupos de Seminarios: 1 Nº de grupos de Tutorias: 1 Volumen de trabajo del alumno Actividad Hora presencial A Factor 1 B Trabajo Personal C (A x B) Volumen de trabajo D (A +C) CLASES TEÓRICAS Presentación de la asignatura Lección magistral 19 1,5 8,5 47,5 CLASES PRÁCTICAS Seminarios y problemas 6 1, Prácticas de Laboratorio TUTORÍAS EVALUACIÓN Preparación de exámenes 7,5 Realización de evaluaciones Total 75 Relación trabajo/ects 75/3 créditos = 5 h 7- Temporalización Bloque Temas Clases temático magistrales Seminarios Tutorias Totales 1 Presentación y Tema Temas y 3 6 y y TOTALES Prácticas de laboratorio:3 horas 1 sesión S1: 1ª semana, S: ª semana, 1 Horas que el alumno necesita de estudio o preparación por cada una de las actividades propuestas. Horas de trabajo del alumno por crédito ECTS.

6 8- Evaluación El objetivo primordial de la asignatura es eminentemente divulgativo, pretendiendo con ella la adquisición, sobre todo, de una mentalidad sostenible y una capacidad de estructurar y esquematizar el diseño de un proceso con dicha mentalidad de ahorro energético, técnico, químico y económico. Por lo tanto, se considerará superada la asignatura cuando: El alumno ha asistido a las clases magistrales con asiduidad y ha participado en los debates y seminarios de forma activa (15%). Ha asistido a la sesión práctica del SACE (10%). Ha presentado un pequeño informe (3 folios) sobre su aprendizaje en dicha sesión (5%). Ha presentado un pequeño trabajo (10 folios en formato libre) sobre cualquiera de los temas tratados en la asignatura (70%). El trabajo de formato libre puede poseer la estructura tradicional, o el alumno puede elaborar una presentación, o incluso una página web. 9- Bibliografía recomendada 1. Armor, J.N. ed. Environmental Catalysis. American Chemical Society, Washington D.C Bond, G.C. Heterogeneous Catalysis. Principles and Applications. Clarendon Press. Oxford Clark, A. Academic Press. New York The Theory of Adsorption and Catalysis. 4. Dwyer, D.J., and Hoffmann, F.M., eds. Surface Science of Catalysis. In Situ Probes and Reaction Kinetics. ACS Symposium Series 48. Washington, D.C: Gates, B.C. Catalytic Chemistry.John Wiley. New York Gómez Cadenas, J.J. El ecologista nuclear. Espasa Calpe, Madrid González Velasco, J. Energías renovables. Reverté. Barcelona Hill, C.G. An Introduction to Chemical Engineering Kinetics & Reactor Design. John Wiley & Sons. New York Rase, H.F. Chemical Reactor Design for Process Plants. V.1. Principles and Techniques. John Wiley & Sons. New York Rase, H.F. Chemical Reactor Design for Process Plants. V.. Case Studies. John Wiley & Sons. New York Richardson, J.T. Principles of Catalyst Development. Plenum Press. New York Satterfield, C.N. Heterogeneous Catalysis in Industrial Practice. MacGraw Hill. New York Thomas, J.M. and Thomas, W.J. Principles and Practice of Heterogeneous Catalysis. VCH. New York White, M.G. Heterogeneous Catalysis. Prentice Hall. Int., New Jersey