Avaliação de parâmetros na reforma do etanol : oxidativa e a vapor d’água

Abstract

Diante do aumento da demanda energética atual, o mundo carece de novas tecnologias que forneçam energia sustentável, renovável e não poluente. A produção de hidrogênio para células a combustível a partir do etanol tem demonstrado atender a essas necessidades. Com esse intuito, o presente trabalho tratou da produção de hidrogênio a partir de reações de reforma com vapor d’água e oxidativas para células a combustível, obtendo assim energia renovável e pura. Para esse fim foram sintetizados dois catalisadores por impregnação: Cu/Ni/CeO2 e Cu/Ni/Na2O/Nb2O5. Esses catalisadores foram caracterizados por várias técnicas: absorção atômica, difração de raios - X (DRX), redução à temperatura programada (RTP), dessorção de amônia à temperatura programada (DTP - NH3), análise textural, termogravimetria (TG), espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). As análises de DRX e RTP demonstraram que houve interação das fases ativas no catalisador suportado em cério e do suporte com o cobre no catalisador suportado em Nb2O5. A caracterização de acidez (DTP - NH3) demonstrou acidez nos dois catalisadores, acidez essa que foi maior em ambos os suportes antes da impregnação dos catalisadores. A análise textural apresentou o CeO2 como um material mesoporoso e altamente poroso em comparação ao Nb2O5, que demonstrou menor área e características de microporos. Tais propriedades texturais influenciaram as análises de MEV, pois o catalisador Cu/Ni/CeO2 apresentou maior dispersão, ou seja, menor formação de clusters, além de ter mascarado o aparecimento do precursor metálico. Os testes catalíticos realizados com o catalisador Cu/Ni/CeO2 em ausência de atmosfera oxidativa teve como principais produtos H2, CO2 e acetona, isso devido à grande influência do suporte. Na presença do oxigênio os produtos CO, CO2, CH4 e acetaldeído foram encontrados em maior quantidade. O catalisador Cu/Ni/Na2O/Nb2O5 não apresentou acetona como produto, mas favoreceu a formação de CO, CO2, CH4, H2 e acetaldeído em maiores quantidades. Porém a 400 °C o produto de maior seletividade foi o eteno, o que levou a supor um mecanismo para esse catalisador, no qual esse produto está envolvido. Esse catalisador suportado em Nb2O5 apresentou certa instabilidade, pois notou-se grande formação de coque sobre o mesmo. Alguns testes foram realizados sem a ativação prévia dos catalisadores. Esses testes não apresentaram alta conversão, mas a seletividade dos produtos neles encontrada foi boa em relação aos outros testes realizados com ativação prévia dos catalisadores

In face of current trends in nowadays energy demands, the world is in need of new technologies able to provide sustainable, renewable and nonpolluting energy. Hydrogen production for fuel cells from ethanol has shown to satisfy these requirements. In this way, the present work dealt with hydrogen production from steam reforming and oxidative steam reforming reactions for fuel cells as a form of renewable and pure energy. For that purpose, two catalysts were synthesized by wet impregnation: Cu/Ni/CeO2 and Cu/Ni/Na2O/Nb2O5. These catalysts were characterized by several techniques, namely: atomic absorption, X-ray diffraction (XRD), temperature programed reduction (TPR), temperature-programed ammonia desorption (TPD-NH3), textural analysis, thermogravimetry (TG), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and scanning electron microscopy (SEM). XDR and TPR analyses showed interactions between the active phases in the Ce supported catalyst and between the support and Cu in the catalyst supported in Nb2O5. The acidity characterization (TPD-NH3) revealed acidity in both catalysts. This acidity was greater in both supports before impregnation of the catalysts. Textural analysis revealed CeO2 as a mesoporous material and highly porous in comparison with Nb2O5, which showed smaller area and micropore characteristics. These textural properties influenced the SEM analyses, since the catalyst Cu/Ni/CeO2 has presented higher dispersion, i.e., less cluster formation, and also masked the appearance of metallic particles. The catalytic tests performed with Cu/Ni/CeO2 in absence of oxidative atmosphere had H2, CO2 and acetone as the main products, due to the great support influence. In the presence of oxygen, the products CO, CO2, CH4 and acetaldehyde were found in greater proportions. The catalyst Cu/Ni/Na2O/Nb2O5 did not present acetone among its products, but favored the formation of CO, CO2, CH4, H2 and acetaldehyde in greater proportions. Nevertheless, at 400 oC, the product of higher selectivity was ethane, what led to a possible mechanism for this catalyst in which this product is involved. The catalyst supported in Nb2O5 presented some instability, since great formation of coke was observed over the catalyst. Some tests were performed without previous activation of the catalysts. These tests did not presented high conversion, but products selectivity was good relative to the other tests performed with previous activation of the catalysts