Síntese e caracterização de catalisadores Ni/Al2o3 dopados com Zn e Ce para reforma a vapor do metano

Abstract

RESUMO: O mundo vive uma conjuntura de aumento crescente pela demanda de energia limpa e barata. A produção de Hidrogênio (H2) a partir de hidrocarbonetos obtidos de fontes renováveis, como o Biogás, tem se mostrado uma alternativa viável. A reforma a vapor de hidrocarbonetos tem se mostrado promissora para a produção do combustível hidrogênio. Na realização dessa reforma, utilizam-se catalizadores sintetizados de materiais porosos com algum tipo de metal depositado sob sua superfície dentre os quais os metais nobres figuram como os mais indicados. Este processo de síntese tem um custo relativamente elevado dificultando a utilização destes catalizadores. O Níquel surge como um metal de boas características para a reforma, e com um custo aceitável. Ocorre que durante o processo há a formação de carbono sobre a superfície do suporte, diminuindo assim sua atividade. Para contornar esse problema, vários autores tem proposto a utilização de metais em baixas concentrações ou dopagens com o intuito de aumentar a conversão e seletividade desse tipo de catalisador. Neste contexto, o objetivo desse trabalho foi sintetizar e caracterizar catalizadores Ni/Al2O3 dopados com Zn e Ce para a reforma a vapor a partir do metano. Com o intuito de avaliar o efeito da dopagem de catalisadores de Ni/Al2O3 com Ce e Zn foram sintetizados nove catalisadores Ni/Al2O3 via impregnação úmida com 5%, 8% e 15% Ni. Um terço desses catalisadores foram dopados com 0,5% Ce, e um terço com 0,7% Zn. Os catalisadores foram caracterizados por meio de TGA, área BET, Espectroscopia de Absorção Atômica, Espectroscopia IR, DRX e TPR. Observou-se que as concentrações de 8% e 15% de Ni resultaram em uma maior interação entre Al/Ni. As caracterizações indicaram que para uma concentração de 15% Ni a dopagem resultou numa melhora na dispersão do metal sobre a superfície do catalisador, com impactos favoráveis no desempenho do catalisador observado num reator diferencial a 800 o C, na razão molar de CH4/H2O = 1. Os resultados de rendimento e seletividade indicaram uma melhora para os catalisadores dopados com óxidos de Zinco e Céria

ABSTRACT: The current world lives in a conjuncture of growing increase of the demand for clean and cheap energy and the production of hydrogen (H2) from hydrocarbons obtained from renewable sources, such as the biogas, has been proving to be a viable alternative to supply this energy necessity. In the execution of this reform, there are utilized porous materials with some kind of metal deposited under its surface. The noble metals are the most recommended, but due to their cost, its synthesis process reaches a high price, making it impeditive. In this context, Nickel appears as a metal with good features for the reform, and with an affordable cost. However, during the process it occurs the effect of coking, or formation of carbon above the surface of the support, decreasing therefore its activity. In order to bypass this problem, many authors have suggested the utilization of low-concentration metals, or doping, which increase the conversion and selectivity of this type of catalyst. With the intention of evaluating the effects of doping of Ni/Al2O3 catalysts with Ce and Zn, nine Ni/Al2O3 catalysts were synthesized via humid impregnation with Ni at 5%, 8% and 15%. One third of these catalysts were doped with 0,5% of Ce, and one third with 0,5% of Zn. The catalysts were characterized by TGA, BET area, Atomic Absorption Spectroscopy, IR Spectroscopy, DRX and TPR. It was observed that the concentrations at 8% and 15% of Ni resulted in a greater interaction between AI/Ni. The characterizations showed that for one concentration of Ni at 15% the doping resulted in an improvement on the metal dispersion over the catalyst’s surface, with favorable impacts on the development of the catalyst observed in a reactor which differential is at 800ºC, in the molar ratio of CH4/H2O = 1. The yield and selectivity results indicated an improvement for catalysts doped with Zinc and Ceria