Please use this identifier to cite or link to this item: https://app.uff.br/riuff/handle/1/21643
Title: Reforma seca do metano com catalisadores do tipo single atom de Ni em liga metálica de Cu suportados em hidrotalcitas do tipo Cu-Mg-Al
Authors: Costa, Gabriel Pereira da
metadata.dc.contributor.advisor: Passos, Fabio Barboza
metadata.dc.contributor.advisorco: Gaspar, Alexandre Barros
metadata.dc.contributor.members: Mattos, Lisiane Veiga
Appel, Lucia Gorenstin
Issue Date: 2021
Citation: COSTA, Gabriel Pereira da. Reforma seca do metano com catalisadores do tipo single atom de Ni em liga metálica de Cu suportados em hidrotalcitas do tipo Cu-Mg-Al. 2021. 166f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal Fluminense, Niterói, 2021.
Abstract: Os recentes avanços tecnológicos tornaram factível a síntese de catalisadores com sua fase ativa atomicamente dispersa. A partir do método de substituição galvânica modificado, catalisadores de Ni suportados em hidrotalcita do tipo Cu-Mg-Al, com 8% de Cu elementar, foram sintetizados. As concentrações de Ni utilizadas permitiram a obtenção de catalisadores com fase ativa amplamente dispersa ao ponto de se obter átomos isolados nas amostras de menor concentração. Foram sintetizados catalisadores com razão Ni/Cu iguais a 0,001; 0,002; 0,01 e 0,1. Para se caracterizar esses novos compostos, os catalisadores foram analisados quanto a sua composição atômica por espectroscopia de raios X por dispersão de energia (EDS e EDX), além de serem caracterizados por análise textural, difração de raios X (DRX), redução a temperatura programada (TPR), quimissorção de H2, dessorção a temperatura programada de CO2 (TPD-CO2), espectroscopia de refletância difusa no infravermelho com transformada de Fourier (DRIFTS) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). As análises de EDS e EDX confirmaram a proporção de Cu e a razão Ni/Cu, respectivamente. Foi observado o efeito de memória típico das hidrotalcitas, com a reconstituição da estrutura lamelar após a impregnação de Ni. A avaliação da redução das amostras indicou a presença de espécies de Ni extremamente dispersas e a avaliação da quimissorção de H2 sugeriu que essas espécies se encontram atomicamente espalhadas sobre o suporte nos catalisadores menos concentrados. O DRIFTS de CO adsorvido como molécula-sonda também indicou a presença de espécies atômicas de Ni nos dois catalisadores com menor concentração de Ni. Os catalisadores e o suporte foram testados na reação de reforma seca do metano, a 800 °C e 100 mL min-1 de uma mistura reacional 1:1:0,5 de CH4:CO2:N2 (GHSV = 120 L gcat 1 h 1). O suporte apresentou atividade e grande desativação após 2 horas. A adição de pequenas quantidades de Ni diminuiu a desativação por coque devido à formação da liga Ni-Cu. Nos catalisadores menos concentrados, a atividade por sítio ativo aumentou com o aumento das espécies atômicas de Ni. Já no catalisador mais concentrado, observou-se a maior conversão e a maior atividade devido à formação de aglomerados de 3-4 átomos de Ni, que se comportam melhor na reação de reforma com CO2 do que os átomos isolados. Os catalisadores foram caracterizados após a reação por espectroscopia Raman e MEV quanto à sinterização e formação de coque. Observou-se a formação preferencial de espécies de carbono desestruturadas, porém as espécies estruturadas foram mais visíveis no microscópio, além da sinterização das partículas de Cu.
metadata.dc.description.abstractother: Recent technological advances turned feasible the synthesis of catalysts with their active phase atomically dispersed . The modified-galvanic substitution method was used to synthesize CuMgAl hydrotalcite supported Ni catalysts, with 8% elemental Cu. The Ni concentrations employed in this experiment provided a widely dispersed active phase to the point of obtaining single atom catalysts for the most diluted samples. Catalysts were synthesized with a Ni/Cu ratio equal to 0.001, 0.002, 0.01, and 0.1. To characterize these new compounds, the catalysts were analyzed for their atomic composition by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS and EDX), and were also characterized by textural analysis, X-ray diffraction (XRD), temperature programmed reduction (TPR), H2 chemisorption, temperature programmed desorption of CO2 (TPD-CO2), diffuse reflectance Fourier transform infrared spectroscopy (DRIFTS) and scanning electron microscopy (SEM). The EDS and EDX analyzes confirmed the Cu ratio and the Ni/Cu ratio, respectively. The memory effect, typical of hydrotalcites, was observed with the reconstruction of the lamellar structure, after impregnation of Ni. The reduction experiments indicated the presence of greatly dispersed Ni species and the H2 chemisorption evaluation suggested that these species are atomically spread on the support in the most diluted catalysts. DRIFTS, with CO as a probe molecule, also indicated the presence of atomic species of Ni in the two lowest Ni concentration catalysts. Catalysts and support were tested in the dry reforming of methane reaction, at 800 °C and 100 mL min-1 of a 1:1:0.5 CH4:CO2:N2 reaction mixture (GHSV = 120 L gcat-1 h-1). The support presented high activity and great deactivation after 2 hours. The addition of small amounts of Ni decreased the deactivation by coke formation due to the Ni-Cu alloy generated. In the most diluted catalysts, activity per active sites increased with the increase of Ni single atoms. In the most concentrated catalyst, the highest conversion and activity were observed due to the formation of 3-4 Ni atoms clusters, which behave better in the CO2 reforming reaction than the isolated atoms. The catalysts were characterized after the reaction by Raman spectroscopy and SEM for sintering and coke formation. The preferential formation of unstructured carbon species was observed, but the structured species were more visible under the microscope. The sintering of the Cu particles was also distinguishable in the microscope images.
URI: https://app.uff.br/riuff/handle/1/21643
Appears in Collections:PPGEQ - Dissertações - Niterói

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Dissertação Gabriel Pereira da Costa.pdfDissertação Gabriel Pereira da Costa3.95 MBAdobe PDFView/Open


This item is licensed under a Creative Commons License Creative Commons