Catalisadores NiFe/MgAl2O4 em reações de reforma a vapor: propriedades estruturais e catalíticas em função da composição Ni:Fe e temperatura de reação

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Lara, Thais Paula Nogueira
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSCAR
Texto Completo: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/19032
Resumo: This thesis evaluated the application of Ni-, Fe- and Ni-Fe/MgAl2O4 catalysts in Ethanol Steam Reforming (ESR), Ethanol Steam Reforming with hydrogen gas (ESRH), Methane Dry Reforming (RSM), Methane Steam Reforming (RVM) and Methane Bi-Reforming (BRM) reactions evaluating the influence of reaction medium composition and Ni:Fe ratio on the catalytic behavior. Two series of NiFe/MgAl2O4 catalysts were prepared, the first keeping the Ni content at 8 wt.% and varying the Fe content, and the second keeping the total metallic content fixed at 15 wt.%. The properties of the catalysts were investigated by X-ray diffraction, N2 physisorption and temperature-programmed reduction. The characterizations showed the formation of high purity support with high surface area. Although the iron catalyst had low activity in methane reforms, the Ni and NiFe catalysts were active in these reactions. The addition of iron increased the conversion of methane on RVM, indicating the iron-promoter character on this reaction. Ethanol catalytic tests were carried out under ESR conditions (H2O/C2H6O ratio equal to 3) and in ESRH (ESR strongly reduced by the addition of H2) between 250 and 650 °C. In situ XRD and in situ XANES analyzes were performed during the reduction in H2 and in the ESR and ESRH reactions to evaluate the catalyst dynamics under these conditions. The addition of iron reduced methane production and carbon deposition, increasing stability in ESR. The bimetallic catalysts formed the NiFe2O4 phase which, when reduced, formed the NiFe alloy. When the catalysts were placed in contact with the ESR reagents, partial oxidation of nickel and iron particles occurred at low temperatures, reducing the catalytic activity. As the temperature increased, nickel particles reduced and activity increased. Iron particles were more susceptible to oxidation, migrating to the surface in the form of oxides and partially segregating from the alloy. This small oxidation favored the catalytic stability by reducing the carbon production compared to the catalyst that contained only nickel. The intensity of this process depends on the composition of the reactants and catalysts. In ESRH, the oxidation process of the particles was milder, stabilizing the catalyst structure and increasing the activity at low temperatures. In this way, it was possible to evaluate that the composition of the reaction medium and the metallic charge influenced the catalytic performance.
id SCAR_d6e9449d55f5e29b2bd0e5cf94eba2b3
oai_identifier_str oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/19032
network_acronym_str SCAR
network_name_str Repositório Institucional da UFSCAR
repository_id_str 4322
spelling Lara, Thais Paula NogueiraBueno, José Maria Corrêahttp://lattes.cnpq.br/0157452280626031http://lattes.cnpq.br/98892146120483252023-12-18T13:01:42Z2023-12-18T13:01:42Z2021-12-20LARA, Thais Paula Nogueira. Catalisadores NiFe/MgAl2O4 em reações de reforma a vapor: propriedades estruturais e catalíticas em função da composição Ni:Fe e temperatura de reação. 2021. Tese (Doutorado em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2021. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/19032.https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/19032This thesis evaluated the application of Ni-, Fe- and Ni-Fe/MgAl2O4 catalysts in Ethanol Steam Reforming (ESR), Ethanol Steam Reforming with hydrogen gas (ESRH), Methane Dry Reforming (RSM), Methane Steam Reforming (RVM) and Methane Bi-Reforming (BRM) reactions evaluating the influence of reaction medium composition and Ni:Fe ratio on the catalytic behavior. Two series of NiFe/MgAl2O4 catalysts were prepared, the first keeping the Ni content at 8 wt.% and varying the Fe content, and the second keeping the total metallic content fixed at 15 wt.%. The properties of the catalysts were investigated by X-ray diffraction, N2 physisorption and temperature-programmed reduction. The characterizations showed the formation of high purity support with high surface area. Although the iron catalyst had low activity in methane reforms, the Ni and NiFe catalysts were active in these reactions. The addition of iron increased the conversion of methane on RVM, indicating the iron-promoter character on this reaction. Ethanol catalytic tests were carried out under ESR conditions (H2O/C2H6O ratio equal to 3) and in ESRH (ESR strongly reduced by the addition of H2) between 250 and 650 °C. In situ XRD and in situ XANES analyzes were performed during the reduction in H2 and in the ESR and ESRH reactions to evaluate the catalyst dynamics under these conditions. The addition of iron reduced methane production and carbon deposition, increasing stability in ESR. The bimetallic catalysts formed the NiFe2O4 phase which, when reduced, formed the NiFe alloy. When the catalysts were placed in contact with the ESR reagents, partial oxidation of nickel and iron particles occurred at low temperatures, reducing the catalytic activity. As the temperature increased, nickel particles reduced and activity increased. Iron particles were more susceptible to oxidation, migrating to the surface in the form of oxides and partially segregating from the alloy. This small oxidation favored the catalytic stability by reducing the carbon production compared to the catalyst that contained only nickel. The intensity of this process depends on the composition of the reactants and catalysts. In ESRH, the oxidation process of the particles was milder, stabilizing the catalyst structure and increasing the activity at low temperatures. In this way, it was possible to evaluate that the composition of the reaction medium and the metallic charge influenced the catalytic performance.Esta tese avaliou a aplicação de catalisadores Ni-, Fe- e Ni-Fe/MgAl2O4 nas reações de Reforma à Vapor do Etanol (ESR), Reforma a Vapor do Etanol com Gás Hidrogênio (ESRH), Reforma Seca do Metano (RSM), Reforma a Vapor do Metano (RVM) e Bireforma do Metano (BRM) avaliando a influência da composição do meio reacional e da proporção Ni:Fe no comportamento catalítico. Foram preparadas duas séries de catalisadores NiFe/MgAl2O4, a primeira com a carga de Ni mantida em 8 wt.% e variando-se a carga de Fe, e a segunda mantendo-se a carga metálica total fixada em 15 wt.%. As propriedades dos catalisadores foram investigadas por difração de Raios X, fisissorção de N2 e redução programada à temperatura. As caracterizações mostraram a formação de suporte de alta pureza e elevada área superficial. Embora o catalisador de ferro tenha apresentado baixa atividade nas reformas do metano, os catalisadores de Ni e NiFe se mostraram ativos nestas reações. A adição de ferro aumentou a conversão de metano na RVM, indicando o caráter promotor do ferro nessa reação. Os testes catalíticos de etanol foram realizados nas condições de ESR (relação H2O/C2H6O igual a 3) e em ESRH (ESR fortemente redutor pela adição de H2) entre 250 e 650 °C. As análises de DRX in situ e XANES in situ foram realizadas durante a redução em H2 e nas reações ESR e ESRH para avaliar a dinâmica dos catalisadores nestas condições. A adição de ferro reduziu a produção de metano e a deposição de carbono, aumentado a estabilidade em ESR. Nos catalisadores bimetálicos ocorreu a formação da fase NiFe2O4 que ao ser reduzida formou a liga NiFe. Quando os catalisadores foram colocados em contato com os reagentes de ESR ocorreu a oxidação parcial das partículas de níquel e de ferro em baixas temperaturas, reduzindo a atividade catalítica. Com o aumento de temperatura as partículas de níquel se reduziam e a atividade aumentava. As partículas de ferro foram mais suscetíveis a oxidação, migrando para a superfície na forma de óxidos e segregando parcialmente da liga. Essa pequena oxidação favoreceu a estabilidade catalítica ao reduzir a produção de carbono em relação ao catalisador que continha apenas níquel. A intensidade desse processo dependeu da composição dos reagentes e dos catalisadores. Em ESRH o processo de oxidação das partículas foi mais brando, estabilizando a estrutura do catalisador e aumentando a atividade em baixas temperaturas. Desta forma foi possível avaliar que a composição do meio reacional e a carga metálica influenciaram no desempenho catalítico.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)88882.332805/2019-01porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQUFSCarAttribution-NonCommercial 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessCatalisador bimetálicoProdução de H2Gás de sínteseLiga metálicaBimetallic catalystH2 productionSyngasAlloyENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICAENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::TECNOLOGIA QUIMICACatalisadores NiFe/MgAl2O4 em reações de reforma a vapor: propriedades estruturais e catalíticas em função da composição Ni:Fe e temperatura de reaçãoNiFe/MgAl2O4 Catalysts in steam reforming reactions: structural and catalytic properties as a function of Ni:Fe composition and reaction temperatureinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALTese Thais Lara f.pdfTese Thais Lara f.pdfTeseapplication/pdf7494463https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/19032/1/Tese%20Thais%20Lara%20f.pdf2aa752f1397672f602846f13e4b14698MD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8919https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/19032/2/license_rdf7554719e5627c8f97902419c869e4761MD52TEXTTese Thais Lara f.pdf.txtTese Thais Lara f.pdf.txtExtracted texttext/plain185380https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/19032/3/Tese%20Thais%20Lara%20f.pdf.txtb8dcd18accf2c660b619779fa271948aMD53ufscar/190322024-05-14 17:15:03.507oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/19032Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222024-05-14T17:15:03Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
dc.title.por.fl_str_mv Catalisadores NiFe/MgAl2O4 em reações de reforma a vapor: propriedades estruturais e catalíticas em função da composição Ni:Fe e temperatura de reação
dc.title.alternative.eng.fl_str_mv NiFe/MgAl2O4 Catalysts in steam reforming reactions: structural and catalytic properties as a function of Ni:Fe composition and reaction temperature
title Catalisadores NiFe/MgAl2O4 em reações de reforma a vapor: propriedades estruturais e catalíticas em função da composição Ni:Fe e temperatura de reação
spellingShingle Catalisadores NiFe/MgAl2O4 em reações de reforma a vapor: propriedades estruturais e catalíticas em função da composição Ni:Fe e temperatura de reação
Lara, Thais Paula Nogueira
Catalisador bimetálico
Produção de H2
Gás de síntese
Liga metálica
Bimetallic catalyst
H2 production
Syngas
Alloy
ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA
ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::TECNOLOGIA QUIMICA
title_short Catalisadores NiFe/MgAl2O4 em reações de reforma a vapor: propriedades estruturais e catalíticas em função da composição Ni:Fe e temperatura de reação
title_full Catalisadores NiFe/MgAl2O4 em reações de reforma a vapor: propriedades estruturais e catalíticas em função da composição Ni:Fe e temperatura de reação
title_fullStr Catalisadores NiFe/MgAl2O4 em reações de reforma a vapor: propriedades estruturais e catalíticas em função da composição Ni:Fe e temperatura de reação
title_full_unstemmed Catalisadores NiFe/MgAl2O4 em reações de reforma a vapor: propriedades estruturais e catalíticas em função da composição Ni:Fe e temperatura de reação
title_sort Catalisadores NiFe/MgAl2O4 em reações de reforma a vapor: propriedades estruturais e catalíticas em função da composição Ni:Fe e temperatura de reação
author Lara, Thais Paula Nogueira
author_facet Lara, Thais Paula Nogueira
author_role author
dc.contributor.authorlattes.por.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/9889214612048325
dc.contributor.author.fl_str_mv Lara, Thais Paula Nogueira
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv Bueno, José Maria Corrêa
dc.contributor.advisor1Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/0157452280626031
contributor_str_mv Bueno, José Maria Corrêa
dc.subject.por.fl_str_mv Catalisador bimetálico
Produção de H2
Gás de síntese
Liga metálica
topic Catalisador bimetálico
Produção de H2
Gás de síntese
Liga metálica
Bimetallic catalyst
H2 production
Syngas
Alloy
ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA
ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::TECNOLOGIA QUIMICA
dc.subject.eng.fl_str_mv Bimetallic catalyst
H2 production
Syngas
Alloy
dc.subject.cnpq.fl_str_mv ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA
ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::TECNOLOGIA QUIMICA
description This thesis evaluated the application of Ni-, Fe- and Ni-Fe/MgAl2O4 catalysts in Ethanol Steam Reforming (ESR), Ethanol Steam Reforming with hydrogen gas (ESRH), Methane Dry Reforming (RSM), Methane Steam Reforming (RVM) and Methane Bi-Reforming (BRM) reactions evaluating the influence of reaction medium composition and Ni:Fe ratio on the catalytic behavior. Two series of NiFe/MgAl2O4 catalysts were prepared, the first keeping the Ni content at 8 wt.% and varying the Fe content, and the second keeping the total metallic content fixed at 15 wt.%. The properties of the catalysts were investigated by X-ray diffraction, N2 physisorption and temperature-programmed reduction. The characterizations showed the formation of high purity support with high surface area. Although the iron catalyst had low activity in methane reforms, the Ni and NiFe catalysts were active in these reactions. The addition of iron increased the conversion of methane on RVM, indicating the iron-promoter character on this reaction. Ethanol catalytic tests were carried out under ESR conditions (H2O/C2H6O ratio equal to 3) and in ESRH (ESR strongly reduced by the addition of H2) between 250 and 650 °C. In situ XRD and in situ XANES analyzes were performed during the reduction in H2 and in the ESR and ESRH reactions to evaluate the catalyst dynamics under these conditions. The addition of iron reduced methane production and carbon deposition, increasing stability in ESR. The bimetallic catalysts formed the NiFe2O4 phase which, when reduced, formed the NiFe alloy. When the catalysts were placed in contact with the ESR reagents, partial oxidation of nickel and iron particles occurred at low temperatures, reducing the catalytic activity. As the temperature increased, nickel particles reduced and activity increased. Iron particles were more susceptible to oxidation, migrating to the surface in the form of oxides and partially segregating from the alloy. This small oxidation favored the catalytic stability by reducing the carbon production compared to the catalyst that contained only nickel. The intensity of this process depends on the composition of the reactants and catalysts. In ESRH, the oxidation process of the particles was milder, stabilizing the catalyst structure and increasing the activity at low temperatures. In this way, it was possible to evaluate that the composition of the reaction medium and the metallic charge influenced the catalytic performance.
publishDate 2021
dc.date.issued.fl_str_mv 2021-12-20
dc.date.accessioned.fl_str_mv 2023-12-18T13:01:42Z
dc.date.available.fl_str_mv 2023-12-18T13:01:42Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.citation.fl_str_mv LARA, Thais Paula Nogueira. Catalisadores NiFe/MgAl2O4 em reações de reforma a vapor: propriedades estruturais e catalíticas em função da composição Ni:Fe e temperatura de reação. 2021. Tese (Doutorado em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2021. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/19032.
dc.identifier.uri.fl_str_mv https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/19032
identifier_str_mv LARA, Thais Paula Nogueira. Catalisadores NiFe/MgAl2O4 em reações de reforma a vapor: propriedades estruturais e catalíticas em função da composição Ni:Fe e temperatura de reação. 2021. Tese (Doutorado em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2021. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/19032.
url https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/19032
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv Attribution-NonCommercial 3.0 Brazil
http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/br/
info:eu-repo/semantics/openAccess
rights_invalid_str_mv Attribution-NonCommercial 3.0 Brazil
http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/br/
eu_rights_str_mv openAccess
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos
dc.publisher.program.fl_str_mv Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQ
dc.publisher.initials.fl_str_mv UFSCar
publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UFSCAR
instname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)
instacron:UFSCAR
instname_str Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)
instacron_str UFSCAR
institution UFSCAR
reponame_str Repositório Institucional da UFSCAR
collection Repositório Institucional da UFSCAR
bitstream.url.fl_str_mv https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/19032/1/Tese%20Thais%20Lara%20f.pdf
https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/19032/2/license_rdf
https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/19032/3/Tese%20Thais%20Lara%20f.pdf.txt
bitstream.checksum.fl_str_mv 2aa752f1397672f602846f13e4b14698
7554719e5627c8f97902419c869e4761
b8dcd18accf2c660b619779fa271948a
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
MD5
MD5
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)
repository.mail.fl_str_mv
_version_ 1802136429038403584