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Consultar: Programa de Ps-Graduao em Engenharia Qumica

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Ttulo [PT]: Sntese e avaliao de catalisadores sol-gel destinados reforma a vapor de metanol
Ttulo [EN]: Synthesis and evaluation of sol-gel catalysts for the methanol steam reforming
Autor(es): Arielle Cristina Fornari
Palavras-chave [PT]:

Hidrognio. Clulas a combustvel. Metanol. Reforma a vapor. Catalisadores. Mtodo sol-gel. Brasil.
Palavras-chave [EN]:
Hydrogen. Fuel cells. Methanol steam reforming. CuO-ZnO-Al2O3 catalysts. Sol-gel method. Brazil.
rea de concentrao: Desenvolvimento de Processos
Titulao: Mestre em Engenharia Qumica
Banca:
Luiz Mario de Matos Jorge [Orientador] - UEM
Mrcio Eduardo Berezuk - UTFPR
Christian Gonalves Alonso - UFG
Onlia Aparecida Andreo dos Santos - UEM
Valmir Calsavara - UEM
Resumo:
Resumo: Esta dissertao tem por objetivo avaliar a atividade e desempenho de catalisadores CuO-ZnO-Al2O3 preparados pelo mtodo sol-gel aplicados na reao de reforma a vapor de metanol para a produo de hidrognio. Para tal, foram sintetizados cinco catalisadores com diferentes teores de Cu e Zn, levando-se em conta a composio do catalisador comercial HiFUEL R120 fornecido pela Alfa Aesar. Estes foram denominados da seguinte forma: A1 (9% Cu), A2 (17% Cu), A3 (23% Cu), A4 (41% Cu) e A5 (48% Cu). Os catalisadores foram previamente caracterizados por Termogravimetria (TG), rea especfica (BET) e volume total de poros, Difrao de Raios X (DRX), Reduo Temperatura Programada (RTP), Dessoro Temperatura Programada de Amnia (DTP-NH3) e Microscopia Eletrnica de Varredura (MEV). Os resultados das caracterizaes (texturais e estruturais) mostraram grandes diferenas entre os catalisadores sintetizados pelo mtodo sol-gel e o comercial. Alm disso, foram verificadas mudanas nas propriedades dos catalisadores sol-gel com a variao da sua composio, principalmente com relao disperso metlica, que diminuiu com o aumento da quantidade de Cu e Zn. Com relao avaliao cataltica, todos os catalisadores sintetizados foram testados para a reao de reforma a vapor de metanol a 300 C. Nas condies experimentais utilizadas, no se observou a formao de CO, indicando que esta reao muito interessante para a produo de hidrognio. Nos testes catalticos, o catalisador que apresentou a maior converso foi o HiFUEL R120, seguido do A4 sol-gel. Todos os catalisadores sofreram desativao no decorrer da reao, possivelmente devido sinterizao e coalescncia dos cristais de Cu. Os catalisadores A2 e A3 apresentaram praticamente o mesmo comportamento cataltico. Comparando-se os catalisadores sol-gel, verificou-se que a atividade cataltica aumentou com a porcentagem da fase ativa (Cu), mesmo com a diminuio da rea especfica e da disperso metlica. Entretanto, esse comportamento ocorreu somente at o catalisador A4. Para o catalisador A5, mesmo a quantidade de cobre sendo maior, a converso foi a menor encontrada, ou seja, o efeito da drstica diminuio da disperso metlica foi maior que o efeito da porcentagem de Cu, e a disperso passou a controlar a atividade. O catalisador comercial (HiFUEL R120) apresentou a maior atividade devido sua combinao de alta porcentagem de fase ativa e alta rea especfica. Uma justificativa para o fato de nenhum catalisador sol-gel ter sido mais ativo que o comercial que o mtodo gol-gel produz materiais extremamente homogneos, ou seja, a fase ativa no fica distribuda somente na superfcie disponvel para a reao, mas tambm dentro da matriz do suporte (alumina), onde inacessvel para os reagentes. Em contrapartida, a sntese sol-gel tende a produzir materiais altamente porosos e com reas especficas maiores do que os produzidos por outros mtodos mais clssicos. Os catalisadores que apresentaram a maior frequncia de Turnover (TOF) foram o A1 e o A2. Em questo de atividade cataltica por stio ativo de catalisador, o TOF decresceu com o aumento da quantidade de Cu. Isto ocorre pois, para menores quantidades de cobre, este se encontra mais disperso na superfcie do catalisador, ficando os stios ativos mais disponveis para a reao. Assim, o catalisador A1 apresentou a maior converso por quantidade de fase ativa, devido sua melhor disperso e maior rea especfica. Em concluso, verificou-se que o catalisador A1 apresentou a maior disperso metlica e a melhor frequncia de reao (TOF) e que o HiFUEL R120 produziu a maior converso, seguido do A4 sol-gel, que se mostrou o catalisador sol-gel mais ativo, e tambm o mais semelhante ao comercial.

Abstract: This work aims to evaluate the activity and performance of catalysts CuO-ZnO-Al2O3 prepared by the sol-gel method applied in methanol steam reforming reaction for hydrogen production. To this end, five catalysts with different concentrations of Cu and Zn were synthesized, taking into account the composition of the commercial catalyst HiFUEL R120 supplied by Alfa Aesar. They were denominated as follows: A1 (9% Cu), A2 (17% Cu), A3 (23% Cu), A4 (41% Cu) and A5 (48% Cu). The catalysts were previously characterized by Thermogravimetric Analysis (TG), specific surface area (BET) and total pore volume, X-ray Diffraction (XRD), Temperature Programmed Reduction (TPR), Temperature Programmed Desorption of Ammonia (TPD-NH3) and Scanning Electron Microscopy (SEM). The results of the characterizations (structural and textural) showed significant differences between the catalysts synthesized by the sol-gel method and the commercial. In addition, the properties of the sol-gel catalysts changed with the variation of their composition, especially with respect to the metal dispersion, which decreased with increasing the amount of Cu and Zn. With respect to the catalytic evaluation, all catalysts were tested for the methanol steam reforming reaction at 300 C. Under the experimental conditions used, there was no formation of CO, indicating that this reaction is interesting for the hydrogen production. In the catalytic tests, the HiFUEL R120 showed the highest conversion, followed by the catalyst A4 sol-gel. All catalysts showed deactivation during the reaction, due to sintering and coalescence of the Cu crystallites. The A2 and A3 catalysts presented the same catalytic behavior. Comparing the sol-gel catalysts, it was found that the catalytic activity increased with the active phase (Cu) content, even with the reduction of surface area and metal dispersion. However, this behavior occurred only up to catalyst A4. For the catalyst A5, which had the highest amount of copper, the conversion was the lowest found, that is, the effect of drastic reduction of the metal dispersion was greater than the effect of the Cu percentage, and the dispersion became the activity controller. The commercial catalyst showed the highest conversion due to its combination of high active phase content and high specific area. One explanation for the fact that no sol-gel catalyst was more active than the commercial is that the sol-gel method produces extremely homogeneous materials, namely, the active phase is not distributed only on the surface available for reaction, but also in support matrix (alumina), where is inaccessible to the reactants. In contrast, the sol-gel synthesis tends to produce highly porous materials with specific areas larger than those produced by more traditional methods. The catalysts A1 and A2 showed the highest Turnover Frequency (TOF). In a matter of catalytic activity by active site, the TOF decreased with increasing the amount of Cu. This is because, for smaller quantities of copper, it is more dispersed on the catalyst surface, and the active sites become more available for reaction. Thus, the catalyst A1 showed the highest conversion by active phase amount, due to its better dispersion and higher specific area. In conclusion, it was found that the catalyst A1 had the highest metal dispersion and the better reaction frequency (TOF), and that the HiFUEL R120 produced the highest conversion, followed by the A4 sol-gel, which proved to be the most active sol-gel catalyst.
Data da defesa: 24/02/2015
Cdigo: vtls000222590
Informaes adicionais:
Idioma: Portugus
Data de Publicao: 2015
Local de Publicao: Maring, PR
Orientador: Prof. Dr. Luiz Mario de Matos Jorge
Co-Orientador: Prof. Dr. Giane Gonalves Lenzi
Instituio: Universidade Estadual de Maring. Centro de Tecnologia. Programa de Ps-Graduao em Engenharia Qumica
Nvel: Dissertao (mestrado em Engenharia Qumica)
UEM: Departamento de Engenharia Qumica

Responsavel: elaine
Categoria: Aplicao
Formato: Documento PDF
Arquivo: Dissertao - Arielle Cristina Fornari.pdf
Tamanho: 3950 Kb (4045195 bytes)
Criado: 29-06-2016 08:55
Atualizado: 29-06-2016 09:13
Visitas: 348
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