Investigação in situ da aplicabilidade de nano partículas de magnetita como catalisadores para reação de deslocamento gás-água

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Medeiros, Nathalia Silvestre de
Data de Publicação: 2020
Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da Universidade Federal Fluminense (RIUFF)
Texto Completo: https://app.uff.br/riuff/handle/1/16455
Resumo: A reação de deslocamento gás-água é de grande importância em diversos processos industriais como para a produção de hidrogênio a partir de combustíveis fosseis e fontes renováveis, processo Fischer-Tropsch, síntese de metanol, síntese de amônia, células a combustível, entre outros. A reação proporciona um aumento da quantidade de hidrogênio no gás de síntese e consequentemente diminuição de monóxido de carbono, ajustando a razão H2/CO para valores desejáveis em processos industriais. A reação é normalmente operada em dois estágios, sendo os catalisadores usuais baseados em óxidos de ferro e cromo para altas temperaturas e em óxidos de cobre e zinco para temperaturas menores. Ao longo dos anos, diversos tipos de catalisadores vem sendo estudados, onde é desejável características como não toxidade, baixo custo e alta atividade catalítica. O desenvolvimento de catalisadores mais ativos requer análise de reações na superfície do catalisador e relação estrutura/desempenho em condições reacionais relevantes realizadas por espectroscopia in situ. Dessa forma, foi realizado neste trabalho a caracterização de nanopartículas de magnetita pelas técnicas de espectroscopia de raios-X por energia dispersiva, fisissorção de nitrogênio, termogravimetria, difração de raios-X, redução à temperatura programada e espectroscopia de reflectância difusa na região do infravermelho com transformada de Fourier (DRIFTS), além da avaliação da atividade catalítica, em duas condições de redução, para reação de deslocamento gás-água por DRIFTS in situ. A partir das caracterizações das nanopartículas de magnetita, obteve-se que a amostra apresenta uma alta área superficial de 78 m2/g, poros mesoporosos estreitos e interconectados com diâmetro de 17 nm, estabilidade térmica e também verificou-se as temperaturas de oxidação e redução e a estrutura cristalina do material. Pelos resultados obtidos por DRIFTS, observou-se pelos espectros de adsorção-dessorção de monóxido de carbono, fraca adsorção de CO para as duas condições de redução. Pela avaliação da atividade catalítica por DRIFTS in situ o catalisador apresentou possível atividade, porém não encontrou-se evidencias que indicassem diferenças no desenvolvimento da reação de deslocamento gás-água, dependendo do estado de oxidação do catalisador de ferro. E devido à baixa qualidade do sinal, a confirmação de atividade catalítica tornou-se dificultada
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Ao longo dos anos, diversos tipos de catalisadores vem sendo estudados, onde é desejável características como não toxidade, baixo custo e alta atividade catalítica. O desenvolvimento de catalisadores mais ativos requer análise de reações na superfície do catalisador e relação estrutura/desempenho em condições reacionais relevantes realizadas por espectroscopia in situ. Dessa forma, foi realizado neste trabalho a caracterização de nanopartículas de magnetita pelas técnicas de espectroscopia de raios-X por energia dispersiva, fisissorção de nitrogênio, termogravimetria, difração de raios-X, redução à temperatura programada e espectroscopia de reflectância difusa na região do infravermelho com transformada de Fourier (DRIFTS), além da avaliação da atividade catalítica, em duas condições de redução, para reação de deslocamento gás-água por DRIFTS in situ. A partir das caracterizações das nanopartículas de magnetita, obteve-se que a amostra apresenta uma alta área superficial de 78 m2/g, poros mesoporosos estreitos e interconectados com diâmetro de 17 nm, estabilidade térmica e também verificou-se as temperaturas de oxidação e redução e a estrutura cristalina do material. Pelos resultados obtidos por DRIFTS, observou-se pelos espectros de adsorção-dessorção de monóxido de carbono, fraca adsorção de CO para as duas condições de redução. Pela avaliação da atividade catalítica por DRIFTS in situ o catalisador apresentou possível atividade, porém não encontrou-se evidencias que indicassem diferenças no desenvolvimento da reação de deslocamento gás-água, dependendo do estado de oxidação do catalisador de ferro. E devido à baixa qualidade do sinal, a confirmação de atividade catalítica tornou-se dificultadaThe water-gas shift reaction is of great importance in several industrial processes such as hydrogen production from fossil fuels and renewable sources, Fischer-Tropsch process, methanol synthesis, ammonia synthesis, fuel cells, among others. The reaction provides an increase in the hydrogen content of syngas and consequently decreases in carbon monoxide amount, adjusting the H2/CO ratio for desirable values in industrial processes. This reaction is usually operated in two stages, for high temperatures the usual catalysts are based on iron and chromium oxides, and at lower temperatures copper and zinc oxides. Over the years, several kinds of catalysts have been studied, where it is desirable characteristics such as non-toxicity, low cost, and high catalytic activity. The development of more active catalysts requires analysis of reactions on the catalyst surface and structure/performance relationship under relevant reaction conditions performed by in situ spectroscopy. In this way, it was carried out in this work the characterization of magnetite nanoparticles by energy-dispersive X-ray spectroscopy, nitrogen physisortion, thermogravimetry, X-ray Diffraction, temperatureprogrammed reduction, diffuse reflectance Infrared Fourier transform spectroscopy (DRIFTS), in addition to the evaluation of catalytic activity, under two reduction conditions, for the water-gas shift reaction by DRIFTS in situ. From the characterizations of magnetite nanoparticles, it was obtained that the sample presents a high surface area of 78 m2/g, interconnected narrow mesoporous pores with diameter of 17 nm, thermal stability, and also it was verified the oxidation and reduction temperatures and the crystalline structure of the material. Through the results obtained by DRIFTS, it was observed by the adsorptiondesorption spectra of carbon monoxide, weak adsorption of CO for the two reduction conditions. By the evaluation of catalytic activity via DRIFTS in situ, the catalyst showed possible activity, but there was no evidence that indicates differences in the development of water-gas shift reaction, depending on the oxidation state of the iron catalyst. And due to the low quality of the signal, the confirmation of catalytic activity was difficult.Coutinho, Ana Carla da Silveira Lomba Sant´AnaMartins, Marcel GuimarãesSousa, Christian Carlos deSilva, Ludmila de Paula CabralMedeiros, Nathalia Silvestre de2020-12-18T14:56:04Z2020-12-18T14:56:04Z2020info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisapplication/pdfMEDEIROS, Nathália Silvestre de. Investigação in situ da aplicabilidade de nano partículas de magnetita como catalisadores para reação de deslocamento gás-água. 2020. 76f. 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