Publicação: Produção de hidrogênio a partir da decomposição termoquímica da água
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
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Resumo
O estudo da viabilidade do uso de hidrogênio como vetor energético vem se
intensificando, uma vez que a seu consumo gera apenas a água e energia. Uma das
possíveis rotas para a obtenção de H2 é a decomposição termoquímica da água utilizando
ciclos em duas ou mais etapas. O objetivo desse trabalho foi estudar a produção de
hidrogênio a partir da decomposição termoquímica da água em duas etapas, utilizando
óxidos tipo perovskitas LaxSr(1-x)FeO3 e LayCe(1-y)FeO3. Os catalisadores foram preparados
pelo método sol-gel e caracterizados utilizando-se as técnicas de área superficial específica
(BET), difração de raios X (DRX), fluorescência de raios X (FRX), redução a temperatura
programada (RTP) e espectroscopia raman. O estado de oxidação do ferro foi determinado
através da técnica de titulação. O desempenho das perovskitas na decomposição
termoquímica da água foi avaliado utilizando-se ciclos de redução e oxidação com água.
Na caracterização, as análises de área específica mostraram que a substituição parcial de
La por um segundo metal, no caso Ce e Sr, não acarretou variações de área superficial
significantes. As análises de FRX mostraram que a composição medida é bastante próxima
ao conteúdo teórico calculado para a formação das perovskitas. Os resultados das análises
de DRX e Raman mostraram que os materiais sintetizados possuem uma estrutura
cristalina bem definida característica de perovskitas. As análises de RTP e de DRX de
amostras passivadas após redução evidenciaram que somente uma pequena parte do
material foi reduzida e que a estrutura da perovskita se manteve como fase predominante.
Os testes envolvendo ciclos de oxidação e redução mostraram que todas as amostras
apresentaram maior produção de H2 no segundo ciclo, sendo que o catalisador
La0,95Ce0,05FeO3 obteve o melhor resultado, provavelmente devido às propriedades redox
do Ce. A análise de DRX da perovskita LaFeO3, realizada após a repetição dos ciclos
redox, mostrou que a estrutura do material não sofreu alterações significativas. Isso indica
que catalisadores do tipo perovskita LaFeO3 são materiais com bom potencial para realizar
as reações de decomposição de água usando ciclos de oxidação e redução visando a
produção de hidrogênio
Abstract
The feasibility of using hydrogen as energy vector has been intensified since the
combustion of H2 produces only water and energy. One possible route for obtaining H2 is
from the Thermochemical water splitting cycles using two or more steps. Thus, the aim of
this work was to study the production of hydrogen from thermochemical decomposition of
water in two stages, using perovskite oxides LaxSr(1-x)FeO3 and LayCe(1-y)FeO3. The
catalysts were prepared by sol-gel method and characterized using the following
techniques: BET surface area, X-ray Diffraction (XRD), X-ray Fluorescence (XRF),
Temperature Programmed Reduction (TPR) and Raman spectroscopy. The oxidation state
of iron was determined by titration technique. The performance of perovskites in
thermochemical water splitting was evaluated using reduction and oxidation cycles with
water. In the characterization, BET analysis showed that partial substitution of La by a
second metal, such as Ce or Sr, did not cause significant changes in surface area. XRF data
showed that the measured composition is very close to the theoretical content calculated
for the formation of the perovskites. The results of XRD and Raman spectroscopy showed
that the synthesized materials have a well defined crystalline structure characteristic of
perovskites. TPR analyses showed that only a small part of the material was reduced and
the structure of the perovskite phase remained as predominant. The tests with oxidation
and reduction cycles showed that all samples had higher H2 production in the second cycle,
and the catalyst La0,95Ce0,05FeO3 obtained the best result, probably because of the good
redox properties of Ce. XRD analysis of the perovskite LaFeO3 performed after two redox
cycles, showed that the structure of the material did not changed significantly. This
indicates that LaFeO3 perovskite-type catalysts are materials with good potential to
perform the reactions of decomposition of water using oxidation and reduction cycles in
order to produce hydrogen.
Palavras-chave
Processos químicos, Hidrogênio
Citação
FERREIRA, Cintia Alves. Produção de hidrogênio a partir da decomposição termoquímica da água. 2011. 118 f. Dissertação (Mestrado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2011. DOI https://doi.org/10.14393/ufu.di.2011.07