Produção de hidrogênio a partir da reforma a vapor do bioetanol, usando óxidos do tipo Perovskita SrTi1-x FexO3 como catalisadores

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