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metadata.dc.type: Dissertação
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Title: Estudo do efeito da dopagem da alumina com Cério em catalisadores Pt/CeZrO2/Al2O3 na reação de oxidação parcial do Metano
metadata.dc.creator: Silva, Fabiano de Almeida
metadata.dc.contributor.advisor1: Hori, Carla Eponina
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Noronha, Fabio Bellot
metadata.dc.contributor.referee1: Romanielo, Lucienne Lobato
metadata.dc.contributor.referee2: Baldanza, Maria Auxiliadora Scaramelo
metadata.dc.description.resumo: Atualmente, a reação de oxidação parcial do metano tem sido extensivamente estudada com o objetivo de produzir gás de síntese e contribuir para a viabilização econômica da tecnologia de conversão do metano, principal constituinte do gás natural, em produtos de maior valor agregado. Essa reação frente às reformas seca e a vapor, apresenta as vantagens de ser moderadamente exotérmica e ocorrer a pressão atmosférica. Catalisadores ativos para a reação de oxidação parcial do metano devem apresentar altas atividade, seletividade e acima de tudo, estabilidade mesmo quando submetidos às altas temperaturas reacionais e velocidades espaciais. Para isso, são necessários uma alta dispersão metálica, uma grande capacidade de regeneração da superfície catalítica e um suporte extremamente estável. Portanto, este trabalho tem como objetivos estudar o efeito da adição de cério como elemento dopante da alumina, cuja função é aumentar a estabilidade térmica e mecânica do suporte e estudar os efeitos da adição de diferentes teores de metal na busca de uma maior dispersão para os catalisadores Pt/CeO2/Al2O3 e Pt/CeZrO2/Al2O3. Além disto, a influência do uso de diferentes velocidades espaciais também foi avaliada. As aluminas foram preparadas através da calcinação do precursor boemita a 873 e 1173 K. A alumina calcinada a 873 K foi posteriormente dopada com 1% de Ce e novamente calcinada a 1173 K. Os óxidos de cério e cério-zircônio, com um teor de 19% em peso e uma razão molar Ce/Zr igual a um, foram adicionados à alumina através de impregnação úmida em rota vapor. A platina foi adicionada ao suporte através da técnica de impregnação seca. Os teores adicionados foram de 1,5, 1,0 e 0,5% em peso de platina. As amostras suportadas na alumina dopada apresentaram os maiores valores de área específica, com os catalisadores à base de CeZrO2 apresentando os maiores valores. Mesmo com diferenças de área, as dispersões metálicas, medidas pela técnica de desidrogenação do cicloexano, foram semelhantes para todas as amostras contendo 1,5% em peso de platina e, como era de se esperar, maiores para as amostras com os menores teores. As análises de difração de raios X mostraram um menor diâmetro médio de partículas de óxido de cério para as amostras contendo zircônio. Além disto, esta técnica também mostrou a formação de uma solução sólida homogênea para os catalisadores à base do óxido de cériozircônio suportados na alumina dopada. Os consumos de H2 e O2 determinados, respectivamente, por redução a temperatura programada e capacidade de armazenamento de oxigênio mostraram que os catalisadores 1,5%Pt/CeZrO2/Al2O3-dopada, 1,0%Pt/CeZrO2/Al2O3-dopada e 0,5%Pt/CeZrO2/Al2O3-dopada apresentaram capacidades redox superiores às demais amostras e muito semelhantes entre eles, independentemente da variação do teor platina. Os testes catalíticos mostraram que a velocidade espacial ideal para as amostras preparadas foi de 522 h-1 e que a redução no teor de platina leva os catalisadores à desativação. Portanto, o melhor desempenho foi obtido pelo catalisador 1,5%Pt/CeZrO2/Al2O3-dopada que possui o maior teor de platina, a formação de uma solução sólida homogênea e uma alta área específica.
Abstract: The transformation of methane into liquid fuels has drawn a lot of attention in the last years due to both economical and environmental concerns. Currently, the main route to obtain synthesis gas from methane is the steam reforming. The major problems associated with this route are the high temperatures and pressures required. Nowadays, the partial oxidation of methane has been considered as a potential process to generate synthesis gas, because it is slightly exothermic and it can give reasonable conversions at atmospheric pressure. However, it is crucial to have catalysts with high activity, selectivity and above all, stability even when submitted to the high reaction temperatures and space velocities. These characteristics can be obtained with a high metallic dispersion, a continuous regeneration of the catalytic surface and a stable support. Therefore, this work has as objectives to study the effect of cerium addition as a doping element for the alumina, with the purpose of increasing the thermal and mechanical stability of this support, and to study the effects of different noble metal loadings on Pt/CeO2/Al2O3 and Pt/CeZrO2/Al2O3 catalysts. The influence of different space velocities on the catalytic performance was also evaluated. The aluminas were obtained by the calcination of aluminum hydroxide (bohemite) at 873 and 1173 K. After this, the sample calcined at 873 K was doped with 1 wt% of cerium and calcined at 1173 K. The cerium and cerium-zirconium oxides, with 19 wt % of CeO2 or CeZrO2 and Ce/Zr =1, were added to the alumina through wet impregnation in a rotavapor. The platinum loadings added were 1.5, 1.0 and 0.5 wt% by incipient wetness impregnation. The samples supported on the doped alumina presented larger values of BET surface area, with the CeZrO2 based catalyst presenting the largest value. Even with different BET surface areas, the metallic dispersions, measured by the dehydrogenation of cyclohexane reaction, were similar for all catalysts containing 1.5 wt% of platinum. For the samples with smaller Pt content the metallic dispersions were higher, as expected. The X-ray diffraction analysis showed a smaller average particle size of cerium oxide for the samples containing zirconium. This technique also showed the formation of a homogeneous solid solution for the catalysts based on ceria-zirconia supported on the doped alumina. The H2 and O2 consumptions were determined by temperature programmed reduction and by oxygen storage capacity respectively. The results showed that the 0.5%Pt/CeZrO2/Al2O3-doped, 1.0%Pt/CeZrO2/Al2O3-doped and 1.5%Pt/CeZrO2/Al2O3-doped catalysts presented superior redox capacities when compared to the other samples. The catalytic tests showed that the ideal space velocity for the catalysts was 522 h-1. The use of smaller Pt contents lead to deactivation. Therefore, the best performance was obtained for the 1.5%Pt/CeZrO2/Al2O3-doped catalyst that has the largest platinum content, the presence of a homogeneous solid solution, good metal dispersion and a high BET surface area.
Keywords: Reação de oxidação parcial do Metano
Catalisadores de Platina suportados
Óxidos de Cério e Cério-Zircônio
Aluminas dopadas com Cério
Partial oxidation of Methane reaction
Platinum catalysts supported
Cerium and Cerium-Zirconium Oxides
Doped aluminas with cerium
Catalizadores
Oxidação
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
metadata.dc.language: por
metadata.dc.publisher.country: BR
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
metadata.dc.publisher.initials: UFU
metadata.dc.publisher.department: Engenharias
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Citation: SILVA, Fabiano de Almeida. Estudo do efeito da dopagem da alumina com Cério em catalisadores Pt/CeZrO2/Al2O3 na reação de oxidação parcial do Metano. 2007. 123 f. Dissertação (Mestrado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2007.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/15243
Issue Date: 27-Feb-2007
Appears in Collections:DISSERTAÇÃO - Engenharia Química

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