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Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Síntese e caracterização de precursores do tipo hidrotalcita e suas aplicações na reação de reforma a vapor do ácido acético
Alternate title (s): Synthesis and characterization of hydrotalcite type precursors and their applications in the acetic acid steam reforming reaction
Author: Borges, Rafael Pacheco
First Advisor: Hori, Carla Eponina
First member of the Committee: Ávila Neto, Cícero Naves de
Second member of the Committee: Watanabe, Érika Otha
Third member of the Committee: Dantas, Sandra Cristina
Summary: Dentre as várias metodologias existentes para a produção de hidrogênio, como fonte alternativa de energia, pode-se destacar a utilização de biomassa. O processamento da biomassa por tecnologias termoquímicas como a pirólise, gera vapores oriundos da decomposição da matéria-prima, exposta às altas temperaturas do processo. Posteriormente, estes vapores condensam dando origem ao bio-óleo, que é um líquido escuro, cuja composição se faz principalmente pelos oxigenados orgânicos. O bio-óleo pode ser dividido em uma parte hidrofóbia (o óleo propriamente dito), que possui diversas aplicabilidades na indústria, e em uma parte hidrofílica, cuja composição majoritária é água e ácidos carboxílicos, tendo baixo valor agregado devido à sua falta de utilidade. Desta forma, seria interessante usar a fração aquosa do bio-óleo como matéria-prima em reações de reforma para produzir hidrogênio, porém devido à grande variedade de compostos em sua constituição, o estudo reacional torna-se complexo. Uma possível solução a esta problemática é o emprego de móleculas modelo, como o ácido acético. Para a realização da reação de reforma do ácido ácético é necessário o emprego de catalisadores, cujas características de interesse englobam alta atividade catalítica, seletividade para o produto desejado, baixo custo, dentre outros. Desta forma, os catalisadores a base de níquel surgem como boa alternativa e dentre eles se destacam os precursores do tipo hidrotalcita, principalmente por formarem óxidos mistos uniformes com grande área superficial. Este trabalho usou os precursores do tipo hidrotalcita objetivando a produção de hidrogênio à partir de uma molécula modelo da fração aquosa do bio-óleo. Para isto preparou-se cinco tipos de precursores diferentes Ni-Mg-Al, variando-se as razões molares Ni/Mg em 0,2, 0,3, 0,4, 0,5 e 0,6. Foram realizados os testes de caracterização de difração de raios-X (DRX), redução à temperatura programada (TPR), difração de raios-X in situ (DRX in situ), reação superficial à temperatura programada (TPSR) e espectroscopia de absorção de raios-X (XANES), para avaliar o comportamento catalítico de cada precursor. Observou-se que o método de síntese empregado foi eficiente, já que os precursores e os óxidos provenientes dos mesmos foram formados. É possível afirmar que o teor mássico de níquel teve influência direta no tempo e na temperatura de redução de cada amostra, de maneira que quanto maior o teor de Ni em um precursor catalítico, menor será sua temperatura e tempo de redução. Pode-se inferir que por apresentar uma baixa diferença mássica entre cada amostra, o teor de magnésio não deve influenciar de maneira significativa o comportamento de cada uma. Verificou-se que todas as amostras se reduziram praticamente por completo, de modo que mostraram um comportamento semelhante ao padrão de Ni0 utilizado nas análise, com exceção da amostra 02NiMg. O precursor 02NiMg possui baixa redutibilidade, pois mesmo exposto a uma atmosfera redutora, durante duas horas, e a temperatura de 800 °C, apresentou comportamento semelhante ao padrão de NiO, usado nas análises. Foi possível observar que a temperatura mínima para que ocorressem reações químicas envolvendo o ácido acético foi de 400 °C, pois abaixo desta não foi observada a formação de nenhum produto. Em uma faixa de temperatura de 400 a 600 °C houve a ocorrência predominante de reações de cetonização e decomposição do ácido acético, evidenciadas pela formação de produtos característicos dessas reações como a acetona, CO2 e CH4. À partir da temperatura de 600 °C, a reação de reforma a vapor do ácido acético passa a acontecer de forma majoritária, evidenciada pelo intenso aumento da formação de CO e H2. De forma geral, todas as amostras se mostraram bastante estáveis, permanecendo reduzidas e ativas durante o período de análise das reações.
Abstract: Among the various existing methodologies for the production of hydrogen as an alternative energy, the use of biomass is a great alternative for this purpose. The processing of biomass by thermochemical technologies such as pyrolysis generates fumes that come from the decomposition of the raw material, exposed to high process temperatures. Subsequently, these vapors condense giving rise to bio-oil, which is a dark liquid composed mainly by organic oxygenated molecules. The bio-oil can be divided into a hydrophobic part (oil itself), which has several applications in industry, and a hydrophilic part that has a low added value due to their lack of utility, as its mainly composition is only water and some carboxylic acids. Thus, it would be interesting to use the aqueous fraction of bio-oil as a raw material in reforming reactions to produce hydrogen, but due to the wide variety of compounds in its constitution, the reaction study becomes complex. One possible solution to this problem is the use of model compounds, such as acetic acid. To perform acetic acid reforming reaction the use of catalysts with high catalytic activity, high selectivity to the desired product and low cost, is required. Therefore, the nickel-based catalysts emerge as a good alternative and among them hydrotalcite precursors are a good choice, mostly because they can generate uniform mixed oxides with a large surface area. This work used precursors of the hydrotalcite type aiming the production of hydrogen using a model compound of the aqueous fraction of bio-oil. For this purpose, five different precursor Mg-Al-Ni, varying their molar ratio Ni / Mg in 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, and 0.6 were prepared (02NiMg, 03NiMg, 04NiMg, 05NiMg and 06NiMg). The characterization tests X-ray difraction (XRD), temperature-programmed reduction (TPR), X-ray diffraction in situ (XRD in situ), X-ray absortion near-edge structure (XANES) and temperature-programmed surface reaction (TPSR) were conducted to assess the behavior of each catalyst. It was observed that the compounds and oxides generated from them were successfully synthesized and that the mass content of nickel and magnesium had a direct influence on the reduction time and temperature of each sample. It is possible that the formation of a solid solution (Ni, Mg)O has also influenced on the reducibility of the samples. The minimum temperature required to start the reform reaction or the decomposition reaction of acetic acid was 400 ° C, because at lower temperatures it was not observed the formation of any product. In general, all samples have proved themselves quite stable, as they stood reduced and active throughout the period of analysis of reactions.
Keywords: Hidrotalcita
Hydrotalcite
Ácido acético
Acetic acid
Bio-óleo
Bio-oil
Reforma a vapor
Steam reforming
Engenharia química
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Quote: BORGES, Rafael Pacheco. Síntese e caracterização de precursores do tipo hidrotalcita e suas aplicações na reação de reforma a vapor do ácido acético. 2015. 100 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2018. Disponível em: http://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2018.1142
Document identifier: http://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2018.1142
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/23191
Date of defense: 31-Jul-2015
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