Ni-Containing Hybrid Ceramics Derived from Polysiloxanes for Production of CH4 via Hydrogenation of CO2

• Autor(a) principal: Macedo, Heloísa Pimenta de
• Data de Publicação: 2018
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFRN
• Texto Completo: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/26500
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA; Cerâmica híbrida; Polissiloxano; Cerâmica derivada de polímero; Agente complexante; Catalisador de níquel; Metanação do CO2

Polímeros pré-cerâmicos são materiais orgânico-inorgânicos à base de Si que podem ser convertidos sob atmosferas inertes em cerâmicas híbridas com características ajustáveis e propriedades físico-químicas interessantes. Neste trabalho, cerâmicas híbridas contendo Ni foram preparadas através da pirólise de polissiloxanos (com grupos metil ou metilfenil) combinados com sal de níquel a fim de avaliar a aplicabilidade desses materiais para a produção de CH4 via hidrogenação do CO2 (metanação do CO2). Bis(trimetoxisililpropilamina) (BisA), um amino-siloxano foi utilizado como agente complexante para dispersar homogeneamente as nanopartículas metálicas através da matriz de Si. Materiais com características específicas foram sintetizados variando-se a temperatura de pirólise entre 400 a 600℃, levando à formação de materiais porosos em um estado híbrido onde o polímero é apenas parcialmente convertido em cerâmica, conhecido por ceramer. Os materiais foram caracterizados por análise termogravimétrica (TGA), espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), isotermas de adsorção-dessorção de N2 (BET-BJH), adsorção de água e n-heptano, difração de raios-X (DRX) e por microscopia eletrônica de varredura e transmissão (MEV-MET). Testes catalíticos de metanação foram realizados entre 200 - 400℃ à pressão atmosférica. A análise de difração de raios-X in-situ (DRX in-situ) foi utilizada para avaliar a estrutura e o tamanho das partículas de Ni durante uma reação de metanação simulada. Materiais porosos com altas áreas superficiais (100-550 m2 g -1 ), superfícies hidrofóbicas ou hidrofílicas e diferentes tamanhos de partículas de Ni (4-7 nm) foram obtidos variandose a temperatura de pirólise e a composição do polissiloxano. A adição do agente complexante (BisA) não só permitiu uma boa dispersão das nanopartículas de Ni como também possibilitou a formação de uma porosidade hierárquica com micro-, meso- e macroporos. Em relação ao desempenho catalítico, ceramers preparados a partir de polissiloxanos contendo grupos metil exibiram superfícies mais hidrofóbicas e, assim, melhor desempenho catalítico em comparação àqueles preparados a partir de polissiloxanos contendo grupos metil-fenil. Um efeito negativo no desempenho catalítico dos ceramers foi observado com o aumento da temperatura de pirólise, o que levou a um aumento no tamanho das partículas de Ni (de 4 para 7 nm) e, consequentemente, menores níveis de conversão e seletividade. Ceramers pirolisados a 400ºC apresentaram melhor performance catalítica, com seletividade de até ~ 77% e boa estabilidade por 10 h, mantendo o tamanho das partículas de Ni estável. Portanto, cerâmicas híbridas contendo Ni são materiais promissores para aplicações catalíticas como a metanção do CO2, apresentando alta atividade e estabilidade.