Estudo das propriedades físico-químicas de catalisadores de xNi/CeO2 e aplicação na produção de metano

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Clemente, Alejandro Sifuentes
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: catálise; catalysis; cério; cerium; metanação; metano; methanation; methane
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/75/75134/tde-27042023-110906/

A síntese do metano a partir do CO2 de maneira direta, barata e com baixo consumo de energia é um objetivo perseguido pela indústria desde suas origens. A principal razão é que a produção de metano pode levar a um reuso do combustível mediante a reação de Sabatier, reduzindo o CO2 na atmosfera. O objetivo deste trabalho foi sintetizar, caracterizar e correlacionar as propriedades físico-químicas e estruturais dos catalisadores Ni/CeO2, para a produção do metano através da reação de hidrogenação do CO2. Para isso, o trabalho foi dividido em duas partes: a primeira, que estudou o efeito do método preparação dos catalisadores: impregnação e co-precipitação, e o efeito dos teores mássicos de níquel (1,3,5 % (m/m)); e, a segunda, que estudou a influência da morfologia, bastonete, cúbica e octaédrica do suporte (CeO2) com 5% de níquel impregnado, sobre a atividade catalítica. Os catalisadores foram caracterizados através de fluorescência de raios X (FRX), difração de raios X (DRX), redução a temperatura programada (TPR-H2), dessorção de hidrogênio a temperatura programada (TPD-H2), dessorção de dióxido de carbono a temperatura programada (TPD-CO2), fisissorção de N2, microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia eletrônica de transmissão (MET), espectroscopia Raman, espectroscopia no infravermelho no modo reflectância difusa (DRIFTS). As reações de metanação foram realizadas em temperaturas de 300 oC até 450 oC, razão de H2/CO2=4, vazão de alimentação de 100 mL/min e pressão ambiente. O desempenho reacional obtido com os catalisadores de NiCeO2 mostrou dependência da capacidade de adsorção e dessorção do hidrogênio, que está relacionada ao teor, dispersão e tamanho das partículas de níquel na superfície. Estas propriedades foram influenciadas pelo método de preparação, teor de níquel e diferentes morfologias da céria. Levando-se em conta o método de síntese e teor de Ni, os catalisadores 5%NiCeO2, preparados pelo método de impregnação, independentemente da morfologia da céria, tiveram um bom desempenho na reação de metanação na faixa de 300 a 400 oC, o que foi atribuído à maior área metálica, que favoreceu a adsorção de H2 e formação de espécies intermediárias que facilitaram a formação do metano. As melhores conversões de CO2 foram a 350 oC, porém a maior seletividade para metano foi observada em 300 oC, devido à natureza exotérmica da reação. Considerando as diferentes morfologias, o melhor catalisador foi o 5%NiCeO2-BS, com morfologia bastonete (BS), devido aos planos (110) que facilitaram a formação de vacâncias de oxigênio e uma maior área de superfície, que favoreceu a dispersão do metal. Testes de estabilidade por 24 h, realizados a 300 oC, e para os catalisadores com diferentes morfologias de céria, mostraram que eles mantiveram-se estáveis durante todo o tempo de análise.