Avaliação de catalisadores de níquel suportados em alumina sintetizados via magnetron sputtering para a produção de hidrogênio a partir da decomposição de metano

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Biondo, Lucas David
Orientador(a): Godinho, Marcelo
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: eng
por
Instituição de defesa: Não Informado pela instituição
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Catalisadores de níquel
Hidrogênio
Pulverização catódica
Metano
Palavras-chave em Inglês:
Nickel catalysts
Hydrogen
Magnetron sputtering
Methane
Link de acesso: https://repositorio.ucs.br/11338/14831
Resumo: A decomposição de metano para a produção de hidrogênio é classificada como azul-turquesa, um intermediário entre o hidrogênio verde e o hidrogênio azul. Essa tecnologia não gera gases de efeito estufa (GEE) e não requer a instalação de CCUS (captura e armazenamento de carbono), tornando-se ambientalmente competitiva entre as tecnologias, uma vez que os subprodutos são carbono sólido e hidrogênio. Para tanto, esta pesquisa relacionada ao tema foi definida em duas etapas. A primeira etapa está relacionada ao desenvolvimento da metodologia para avaliar o desempenho de um catalisador comercial (CC) sobre a reação de decomposição de metano. A segunda etapa está relacionada a síntese de catalisadores pela técnica magnetron sputtering e a avaliação do desempenho destes catalisadores sintetizados (CS) sobre a conversão de metano na sua reação de decomposição. A primeira etapa da pesquisa contribui para otimizar os parâmetros de temperatura e velocidade espacial sobre a conversão de metano, adotando o conceito de planejamento de experimentos para coletar dados e identificar fatores significativos por meio de um planejamento fatorial completo 3². A maior conversão de metano, considerando o equilíbrio termodinâmico da reação, foi obtida a 900 K e 6000 mL.h-1.g-1. O CC utilizado foi caracterizado por microscopia eletrônica de varredura por emissão de campo (MEV-FEG), fluorescência de raios X (FRX), análise das propriedades texturais (BET/DFT) e difração de raios X (DRX). Na segunda etapa, catalisadores de Ni suportados em alumina ativada (y-Al2O3) foram sintetizados por meio da técnica de magnetron sputtering. Foram utilizadas diferentes potências e tempos de deposição e diferentes granulometrias do suporte do catalisador (y-Al2O3) para a síntese dos catalisadores. Os catalisadores sintetizados (CS) alcançaram diferentes concentrações de Ni e foram avaliados para conversão de metano na reação de decomposição de metano. Os catalisadores sintetizados (CS) foram caracterizados por microscopia eletrônica de varredura por emissão de campo (MEV-FEG), fluorescência de raios X (FRX), análise das propriedades texturais (BET/DFT) e difração de raios X (DRX). Os experimentos evidenciaram que os melhores resultados dos catalisadores sintetizados (CS) e dos catalisadores comerciais (CC) utilizados nesta pesquisa são equivalentes na ordem de aproximadamente 80% para a conversão de metano. No entanto, a composição dos catalisadores sintetizados (CS) apresenta concentrações de níquel inferiores na ordem de 50%, sugerindo maior eficiência do metal ativo. [resumo fornecido pelo autor]
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A segunda etapa está relacionada a síntese de catalisadores pela técnica magnetron sputtering e a avaliação do desempenho destes catalisadores sintetizados (CS) sobre a conversão de metano na sua reação de decomposição. A primeira etapa da pesquisa contribui para otimizar os parâmetros de temperatura e velocidade espacial sobre a conversão de metano, adotando o conceito de planejamento de experimentos para coletar dados e identificar fatores significativos por meio de um planejamento fatorial completo 3². A maior conversão de metano, considerando o equilíbrio termodinâmico da reação, foi obtida a 900 K e 6000 mL.h-1.g-1. O CC utilizado foi caracterizado por microscopia eletrônica de varredura por emissão de campo (MEV-FEG), fluorescência de raios X (FRX), análise das propriedades texturais (BET/DFT) e difração de raios X (DRX). Na segunda etapa, catalisadores de Ni suportados em alumina ativada (y-Al2O3) foram sintetizados por meio da técnica de magnetron sputtering. Foram utilizadas diferentes potências e tempos de deposição e diferentes granulometrias do suporte do catalisador (y-Al2O3) para a síntese dos catalisadores. Os catalisadores sintetizados (CS) alcançaram diferentes concentrações de Ni e foram avaliados para conversão de metano na reação de decomposição de metano. Os catalisadores sintetizados (CS) foram caracterizados por microscopia eletrônica de varredura por emissão de campo (MEV-FEG), fluorescência de raios X (FRX), análise das propriedades texturais (BET/DFT) e difração de raios X (DRX). Os experimentos evidenciaram que os melhores resultados dos catalisadores sintetizados (CS) e dos catalisadores comerciais (CC) utilizados nesta pesquisa são equivalentes na ordem de aproximadamente 80% para a conversão de metano. No entanto, a composição dos catalisadores sintetizados (CS) apresenta concentrações de níquel inferiores na ordem de 50%, sugerindo maior eficiência do metal ativo. [resumo fornecido pelo autor]Methane decomposition for hydrogen production is classified as blue turquoise, an intermediate between green and blue hydrogen. It does not generate greenhouse gas (GHG) emissions and does not require installation of carbon capture, utilization, and storage (CCUS) processes, becoming environmentally competitive among technologies, as the byproduct are solid carbon and hydrogen. In this regard, this research related to the topic was defined in two stages. The first stage was related to developing a methodology for evaluating a commercial catalyst (CC) for methane conversion in the methane decomposition reaction. The second one is related to the synthesis of catalysts by the magnetron sputtering technique, and the evaluation of the synthesized catalysts (CS) for methane conversion in its decomposition reaction. The first stage of the research contributes to optimizing temperature and space velocity parameters in methane conversion, adopting the concept of experimental design to collect data and identify significant factors through a complete 3² factorial design. Highest methane conversion, considering thermodynamic equilibrium limit of reaction, was obtained at 900 K and 6000 mL.h-1.g-1. The CC used was characterized by field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), X-ray fluorescence (XRF), textural analyses (BET/DFT), and X-ray diffraction (XRD). In the second stage, Ni catalysts supported on alumina (y-Al2O3) were synthesized via the magnetron sputtering technique. Different deposition powers, deposition durations, and y-Al2O3 particle sizes were used for the synthesis of the catalysts. The synthesized catalysts (CS) achieved different Ni contents and were evaluated for methane conversion in the methane decomposition reaction. The synthesized catalysts (CS) were characterized by field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), X-ray fluorescence (XRF), textural analyses (BET/DFT), and X-ray diffraction (XRD). The experiments demonstrated that the best results of the synthesized catalysts (CS) and the commercial catalysts (CC) used in this research are equivalent, approximately 80% methane conversion. However, nickel content of the synthesized catalysts (CS) is approximately 50% lower, suggesting a higher efficiency of the active metal. [resumo fornecido pelo autor]Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior, CAPESengporCatalisadores de níquelHidrogênioPulverização catódicaMetanoNickel catalystsHydrogenMagnetron sputteringMethaneAvaliação de catalisadores de níquel suportados em alumina sintetizados via magnetron sputtering para a produção de hidrogênio a partir da decomposição de metanoinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisreponame:Repositório Institucional da UCSinstname:Universidade de Caxias do Sul (UCS)instacron:UCSinfo:eu-repo/semantics/openAccessUniversidade de Caxias do Sulhttp://lattes.cnpq.br/4884469593910387BIONDO, L. 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