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Title: Produção de hidrogênio a partir da reforma a vapor do bioetanol, usando óxidos do tipo Perovskita SrTi1-XFeXO3 como catalisadores
Authors: Lima, Victor Terra
metadata.dc.contributor.advisor: Mattos, Lisiane Veiga
metadata.dc.contributor.advisorco: Noronha, Fábio Bellot
metadata.dc.contributor.members: Soares, André Von Held
Lima, Sania Maria de
Issue Date: 2021
Citation: LIMA, Victor Terra. Produção de hidrogênio a partir da reforma a vapor do bioetanol, usando óxidos do tipo Perovskita SrTi1-XFeXO3 como catalisadores. 2021. 140f. Dissertação (Mestrado Engenharia Química) - Universidade Federal Fluminense, Niterói, 2021.
Abstract: Neste trabalho foi estudado o efeito da substituição de titânio por ferro sobre o desempenho de catalisadores à base de Ni derivados de óxidos do tipo perovskita SrTi1-xFexO3 (com x = 0, 0,1 e 0,2) para a reforma a vapor do bio-etanol para a produção de hidrogênio. As amostras foram preparadas pelo método sol-gel. Foram avaliados o efeito da temperatura de calcinação, da temperatura de reação e do teor de níquel impregnado nas amostras. As amostras foram caracterizadas por medida de área específica, difração de raios X, redução à temperatura programada, análise termogravimétrica e microscopia eletrônica por varredura. Para as amostras calcinadas a 700 °C, os resultados de caracterização sugerem que o aumento da substituição parcial de Ti por Fe na estrutura da peroviskita é responsável por levar a uma menor estabilidade estrutural das amostras e, consequentemente, facilitar a segregação de fases (como SrCO3 e Fe2O3) e a formação de impurezas. Os resultados também mostraram que o aumento da temperatura de calcinação não favoreceu a formação de uma fase homogênea da perovskita, visto que fases segregadas de Ti, Fe e Sr ainda foram observadas, porem em intensidades consideravelmente menores. Os catalisadores calcinados a 700 °C e submetidos aos testes a 500 °C, apesar de apresentaram boa seletividade para H2, mas desativaram drasticamente ao longo da reação devido uma grande formação de carbono filamentar, com a sua taxa de carbono depositado por mol de etanol consumido sendo diretamente proporcional ao diâmetro de níquel metálico formado após a redução dos materiais e inversamente proporcional ao teor de ferro nas amostras. Dentre todos os catalisadores preparados, o catalisador calcinado a 1000 °C apresentou melhor desempenho catalítico na reforma a vapor do etanol a 500 °C, por apresentar menor formação de carbono, boa estabilidade (100 % de conversão) em 24 horas de reação e seletividade para o H2 próxima a desejada (com 68 %). H2, CO2, CO, CH4 e acetaldeído foram os produtos formados, indicando a ocorrência das reações de reforma a vapor do etanol, decomposição do etanol, deslocamento de gás-água e desidrogenação do etanol. Todos os catalisadores permaneceram estáveis durante a reação da reforma a vapor do etanol a 750 °C. As medidas de ATG dos catalisadores após a reação não detectaram a presença de depósitos de carbono, porem apresentaram menor seletividade para H2 e CO2, o que pode ser atribuído à eação de Boudouard e a reação reversa de deslocamento gás-água. Com a diminuição do teor de Ni uma melhor dispersão da fase ativa foi obtida, o que melhorou a estabilidade, porem favoreceu a formação de partículas bimetálicas de Fe-Ni ricas em Fe, interferindo na capacidade de quebrar as ligações C-C do etanol, dando preferência a reação de desidrogenação do etanol em acetaldeído e H2.
metadata.dc.description.abstractother: In this work, the effect of replacing titanium with iron on the performance of Ni-based catalysts derived from perovskite oxides of the SrTi1-xFexO3 type (with x = 0, 0.1 and 0.2) was studied for the steam reforming of the bio-ethanol for the production of hydrogen. The samples were prepared by the sol-gel method. The effect of the calcination temperature, the reaction temperature and the nickel content impregnated in the samples were evaluated. The samples were characterized by measurement of specific area, X-ray diffraction, reduction to the programmed temperature, thermogravimetric analysis and scanning electron microscopy. For samples calcined at 700 °C, the characterization results suggest that the increase in partial replacement of Ti by Fe in the perovskite structure is responsible for leading to less structural stability of the samples and, consequently, facilitating phase segregation (as SrCO3 and Fe2O3) and the formation of impurities. The results also showed that the increase in the calcination temperature did not favor the formation of a homogeneous phase of the perovskite, since segregated phases of Ti, Fe and Sr were still observed. However, at considerably lower intensities. The catalysts calcined at 700 °C and subjected to tests at 500 °C, despite having good selectivity for H2, drastically deactivated during the reaction due to a large formation of filamentary carbon, with its carbon rate deposited per mol of ethanol consumed being directly proportional to the diameter of metallic nickel formed after the reduction of materials and inversely proportional to the iron content in the samples. Among all prepared catalysts, the calcined catalyst at 1000 °C showed better catalytic performance in the steam reforming of ethanol at 500 °C, as it presents less carbon formation, good stability (100 % conversion) in 24 hours of reaction and selectivity for H2 close to the desired (with 68 %). H2, CO2, CO, CH4 and acetaldehyde were the products formed, indicating the occurrence of reactions of steam reforming of ethanol, decomposition of ethanol, displacement of gas-water and dehydrogenation of ethanol. All catalysts remained stable during the ethanol steam reforming reaction at 750 °C. The ATG measurements of the catalysts after the reaction did not detect the presence of carbon deposits, but they showed less selectivity for H2 and CO2, which can be attributed to the Boudouard reaction and the reverse water-gas shift reaction. With the reduction of Ni content, a better dispersion of the active phase was obtained, which improved stability, but favored the formation of Fe-rich Fe-Ni bimetallic particles, interfering in the ability to break the ethanol C-C bonds, giving preference the dehydrogenation reaction of ethanol in acetaldehyde and H2.
URI: https://app.uff.br/riuff/handle/1/21367
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