Catalisadores a base de Níquel suportados em perovskitas do tipo CexAl2-xO3 para a reforma a seco do Metano
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Data de Publicação: | 2019 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFRN |
Texto Completo: | https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/28404 |
Resumo: | O aluminato de cério é uma perovskita do tipo AmBnO3 que tem propriedades catalíticas ainda pouco estudadas quando sintetizada por autocombustão assistida por micro-ondas. Sendo assim, o objetivo desse trabalho foi produzir aluminato de cério via combustão assistida por micro-ondas em etapa única usando ureia (250% excesso) como combustível e aplicá-los como suporte para catalisadores destinados à produção de gás de síntese via reforma a seco do metano. Os suportes foram denominados por CexAl2-xO3, onde x é o teor em mol de cério (x = 0,25; 0,50; 0,75 e 1); após a síntese os suportes foram impregnados por via úmida com 10% de níquel em massa e posteriormente calcinados à 500°C por 3 h à 10 °C.min-1 , sendo denominados por Ni/CexAl2-xO3 (catalisadores). Uma α-Al2O3 foi usada como referência (Ni/α-Al2O3). A difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV-EDS e MEV-FEG), análise termogravimétrica, densidade por picnonometria a gás hélio, redução a temperatura programada e espectroscopia de absorção na região do ultravioleta e visível foram às técnicas usadas nas caracterizações, além do teste catalítico “in situ” realizado na linha XPD do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron analisando a estabilidade e evolução da estrutura cristalina por DRX. Os resultados mostram que houve formação do aluminato na síntese com início do aumento da refletividade em 380 nm; a presença dos defeitos microestruturais e macroestruturais impactaram na variação da refletividade na região do UV-visível e na variação dos valores das densidades (5,06 a 5,96 g.cm- ³); morfologias heterogêneas expressadas por superfícies diversificadas, relevos acidentados, particulados tendendo à simetria equiaxiais e sinais de perfurações circunferenciais, além de cristais prismáticos crescendo paralelamente a superfície. Da reforma a seco do metano, as conversões de CO2 e CH4 ficaram acima de 60 %, mesmo havendo formação de coque na forma de nanotubos, todavia, não houve desativação dos catalisadores após 20 h de reação. Todos os catalisadores contendo cério apresentaram maior conversão de CH4 e CO2 e melhor estabilidade do que o catalisador Ni/α-Al2O3, os catalisadores com 0,50 e 0,75 em mol de cério apresentaram maior seletividade para o CO2 e maior quantidade de coque. O catalisador com percentual 0,25 em mol de cério apresentou os maiores percentuais de conversões, melhor estabilidade e menor formação de coque. O catalisador Ni/Ce1Al1O3 apresentou melhor razão H2/Co (1,02). O teste catalítico “in situ” mostra estabilidade da estrutura cristalina (CeAlO3) e da fase CeAl11O18 no em um dos catalisadores. Estes resultados mostram-se pertinentes, visto que o trabalho produziu em etapa única suportes catalíticos de perovskitas (CexAl2-xO3) com estruturas estáveis que influenciaram positivamente no desempenho dos catalisadores a base de níquel aplicados na produção do gás de síntese, além de otimizar o processo de fabricação destes catalisadores com a eliminação da etapa de calcinação do suporte. |
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Araújo, Tomaz Rodrigues deVitor Sobrinho, EledirBraga, Renata MartinsMedeiros, Rodolfo Luiz Bezerra de AraújoSantiago, Rodrigo CésarMelo, Marcus Antonio de Freitas2020-02-04T19:08:36Z2020-02-04T19:08:36Z2019-03-15ARAÚJO, Tomaz Rodrigues de. Catalisadores a base de Níquel suportados em perovskitas do tipo CexAl2-xO3 para a reforma a seco do Metano. 2019. 130f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2019.https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/28404O aluminato de cério é uma perovskita do tipo AmBnO3 que tem propriedades catalíticas ainda pouco estudadas quando sintetizada por autocombustão assistida por micro-ondas. Sendo assim, o objetivo desse trabalho foi produzir aluminato de cério via combustão assistida por micro-ondas em etapa única usando ureia (250% excesso) como combustível e aplicá-los como suporte para catalisadores destinados à produção de gás de síntese via reforma a seco do metano. Os suportes foram denominados por CexAl2-xO3, onde x é o teor em mol de cério (x = 0,25; 0,50; 0,75 e 1); após a síntese os suportes foram impregnados por via úmida com 10% de níquel em massa e posteriormente calcinados à 500°C por 3 h à 10 °C.min-1 , sendo denominados por Ni/CexAl2-xO3 (catalisadores). Uma α-Al2O3 foi usada como referência (Ni/α-Al2O3). A difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV-EDS e MEV-FEG), análise termogravimétrica, densidade por picnonometria a gás hélio, redução a temperatura programada e espectroscopia de absorção na região do ultravioleta e visível foram às técnicas usadas nas caracterizações, além do teste catalítico “in situ” realizado na linha XPD do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron analisando a estabilidade e evolução da estrutura cristalina por DRX. Os resultados mostram que houve formação do aluminato na síntese com início do aumento da refletividade em 380 nm; a presença dos defeitos microestruturais e macroestruturais impactaram na variação da refletividade na região do UV-visível e na variação dos valores das densidades (5,06 a 5,96 g.cm- ³); morfologias heterogêneas expressadas por superfícies diversificadas, relevos acidentados, particulados tendendo à simetria equiaxiais e sinais de perfurações circunferenciais, além de cristais prismáticos crescendo paralelamente a superfície. Da reforma a seco do metano, as conversões de CO2 e CH4 ficaram acima de 60 %, mesmo havendo formação de coque na forma de nanotubos, todavia, não houve desativação dos catalisadores após 20 h de reação. Todos os catalisadores contendo cério apresentaram maior conversão de CH4 e CO2 e melhor estabilidade do que o catalisador Ni/α-Al2O3, os catalisadores com 0,50 e 0,75 em mol de cério apresentaram maior seletividade para o CO2 e maior quantidade de coque. O catalisador com percentual 0,25 em mol de cério apresentou os maiores percentuais de conversões, melhor estabilidade e menor formação de coque. O catalisador Ni/Ce1Al1O3 apresentou melhor razão H2/Co (1,02). O teste catalítico “in situ” mostra estabilidade da estrutura cristalina (CeAlO3) e da fase CeAl11O18 no em um dos catalisadores. Estes resultados mostram-se pertinentes, visto que o trabalho produziu em etapa única suportes catalíticos de perovskitas (CexAl2-xO3) com estruturas estáveis que influenciaram positivamente no desempenho dos catalisadores a base de níquel aplicados na produção do gás de síntese, além de otimizar o processo de fabricação destes catalisadores com a eliminação da etapa de calcinação do suporte.Cerium aluminate is a perovskite of the type AmBnO3 which has little studied catalytic properties when synthesized by microwave assisted self-combustion. Therefore, the objective of this work was to produce cerium aluminate via microwave-assisted combustion in a single step using urea (250 % excess) as fuel and apply them as support for catalysts for the production of synthesis gas via methane dry reforming. The supports were named by CexAl2-xO3, where x is the mol content of cerium (x = 0,25; 0,50; 0,75 e 1); After synthesis, the supports were impregnated in water with 10 % nickel by weight and then calcined at 500 ° C for 3 h at 10 ° C.min-1 , being denominate by Ni/CexAl2-xO3 (catalysts). An α-Al2O3 was used as a reference (Ni/α-Al2O3). The x-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM-EDS and SEM-FEG), thermogravimetric analysis, density the helium gas by pycnometry, programmed temperature reduction, absorption spectroscopy in the region of ultraviolet and visible were the techniques used in the characterizations, beyond the catalytic test "in situ" accomplished in XPD line in National Synchrotron Light Laboratory analyzing stability and evolution of the crystal structure by XRD. The results show that there was aluminate formation in the synthesis with the beginning of the reflectivity increase in 380 nm; the presence of microstructural and macrostructural defects impacted the reflectivity variation in the UV-visible region and in the variation of density values (5.06 to 5.96 g.cm- ³); heterogeneous morphologies expressed by diversified surfaces, rugged reliefs, particulates tending to equiaxial symmetry and signs of circumferential perforations, in addition to prismatic crystals growing parallel to the surface. From methane dry reforming, the conversions of CO2 and CH4 were above 60%, even though there was nanotube coke formation, however, there was no deactivation of the catalysts after 20 h of reaction. All cerium-containing catalysts showed higher CH4 and CO2 conversion and better stability than the catalyst Ni/α-Al2O3. The catalysts with 0.50 and 0.75 mols of cerium presented higher CO2 selectivity and higher coke content. The 0.25 mol percent cerium catalyst presented the highest conversion percentages, better stability and lower coke formation. The Ni/Ce1Al1O3 catalyst presented better ratio of H2/Co (1.02). The catalytic test “in situ” shows stability of the crystal structure (CeAlO3) and the CeAl11O18 phase in one of the catalysts. These results are pertinent, since the work produced in one step perovskite catalytic supports (CexAl2- xO3) with stable structures that positively influenced the performance of nickel-based catalysts applied in the synthesis gas production, besides optimizing the manufacturing process of these catalysts by eliminating the calcining step of the support.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICAPerovskitasCexAl2-xO3One-stepReforma a seco metanoAutocombustão e micro-ondasCatalisadores a base de Níquel suportados em perovskitas do tipo CexAl2-xO3 para a reforma a seco do MetanoNickel-based catalysts supported on perovskites of type CexAl2-xO3 for the dry reforming of Methaneinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAISUFRNBrasilinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRNTEXTCatalisadoresbaseNiquel_Araújo_2019.pdf.txtCatalisadoresbaseNiquel_Araújo_2019.pdf.txtExtracted texttext/plain245380https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/28404/2/CatalisadoresbaseNiquel_Ara%c3%bajo_2019.pdf.txtbdc57d4896a69e4a40cfc0cbedcbc947MD52THUMBNAILCatalisadoresbaseNiquel_Araújo_2019.pdf.jpgCatalisadoresbaseNiquel_Araújo_2019.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1514https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/28404/3/CatalisadoresbaseNiquel_Ara%c3%bajo_2019.pdf.jpgc22901057c445d7bc0295bbb42b61786MD53ORIGINALCatalisadoresbaseNiquel_Araújo_2019.pdfapplication/pdf4995181https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/28404/1/CatalisadoresbaseNiquel_Ara%c3%bajo_2019.pdf9fb3399fff85b5f2078b86d4c4bd30c3MD51123456789/284042020-02-09 04:27:52.095oai:https://repositorio.ufrn.br:123456789/28404Repositório de PublicaçõesPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/opendoar:2020-02-09T07:27:52Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false |
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