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https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/28203
ORCID: | http://orcid.org/0000-0002-8138-8021 |
Tipo do documento: | Dissertação |
Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
Título: | Bi-reforma do biogás para a produção de hidrogênio utilizando precursores do tipo perovskita a base de níquel e lantânio suportados em óxidos mistos de cério-zircônia |
Título(s) alternativo(s): | Bi-reforming of biogas for hydrogen production using perovskite type precursors based on nickel and lanthanum supported on ceria-zirconia mixed oxides |
Autor(es): | Santos, Dyovani Bruno Lima dos |
Primeiro orientador: | Hori, Carla Eponina |
Primeiro coorientador: | Noronha, Fábio Bellot |
Primeiro membro da banca: | Romanielo, Lucienne Lobato |
Segundo membro da banca: | Watanabe, Érika Ohta |
Terceiro membro da banca: | Pereira, Priscila Silva |
Resumo: | No presente trabalho, o desempenho de catalisadores obtidos a partir de precursores do tipo perovskita LaNiO3 suportados foi avaliado frente a bi-reforma de biogás. Os catalisadores foram sintetizados com 30% de LaNiO3, preparada pelo método sol-gel, em suportes de CexZr1-xO2 (x = 1;0,75;0,5) preparados pelo método da co-precipitação. Uma perovskita LaNiO3 não suportada também foi preparada para efeito de comparação. Os catalisadores foram caracterizados por medida de área específica (BET), difração de raios-X ex situ e in situ (DRX), redução a temperatura programada (TPR), espectroscopia de absorção de raios X na região de XANES na borda L3 do cério e na borda K do níquel. Os resultados de BET mostraram que todas as amostras apresentaram baixas áreas específicas, devido à alta temperatura de calcinação (800 °C). Foi possível observar também que as áreas dos suportes diminuíram devido à adição da fase perovskita, embora a presença dos suportes não afetou a formação da fase perovskita. Por meio das técnicas de TPR, DRX in situ e XANES foi possível observar que todos os catalisadores foram reduzidos antes da temperatura de 700 °C e que a adição de zircônio na rede cristalina do cério aumentou a redutibilidade dos suportes. Desta forma, identificou-se a seguinte ordem de redutibilidade das amostras preparadas: LaNiO3/Ce0,5Zr0,5O2 > LaNiO3/Ce0,75Zr0,25O2 > LaNiO3/CeO2. Para avaliação do desempenho dos catalisadores frente a bi-reforma de biogás, foram realizadas três etapas de testes catalíticos. Na primeira etapa, realizou-se um comparativo entre os catalisadores na temperatura reacional de 800 °C e relação molar 3CH4:1CO2:2H2O. Os resultados mostraram que o precursor mais ativo e estável foi o LaNiO3/Ce0,75Zr0,25O2. Observou-se também que, durante as primeiras horas de reação, todos os catalisadores suportados apresentaram uma diminuição contínua das conversões de CH4 e CO2. Este fato pode estar relacionado à oxidação superficial das partículas de níquel devido à dissociação da H2O na superfície dos suportes. Na segunda etapa, realizou-se testes catalíticos com diferentes fluxos de vapor de água, utilizando o precursor LaNiO3/Ce0,75Zr0,25O2. Estes testes catalíticos revelaram que a presença de água afetou negativamente as conversões de CH4 e CO2 e que quanto maior a quantidade de água alimentada, maior foi a relação H2/CO obtida pelo processo. Por fim, a terceira etapa consistiu em um comparativo entre um catalisador mais simples Ni/Al2O3 e o precursor LaNiO3/Ce0,75Zr0,25O2. Nestes testes catalíticos, as relações molares de CH4:CO2:H2O foram alternadas entre as condições de reforma seca (3:2:0) e bi-reforma (3:2:3 ou 3:2:6). Foi possível observar que os dois catalisadores apresentaram comportamentos bastante diferentes. A adição de água influenciou positivamente a conversão CH4 para a amostra Ni/Al2O3 enquanto que para o precursor LaNiO3/Ce0,75Zr0,25O2 esse efeito foi negativo. Uma possível explicação para essa diferença de comportamento é que a presença de óxidos redutíveis como o CeO2 e o La2O3 podem estar facilitando a dissociação da água e, assim, gerando oxigênio na superfície. Esse oxigênio pode estar oxidando superficialmente as partículas de níquel, o que explicaria a queda na conversão de metano para a amostra LaNiO3/Ce0,75Zr0,25O2 em condições de bi-reforma. |
Abstract: | In the present work, the performance of catalysts obtained from supported LaNiO3 perovskite precursors were evaluated for biogas bi-reform process. The catalysts were synthesized using 30% LaNiO3, prepared by the sol-gel method and supported on CexZr1-xO2 (x = 1; 0.75; 0.5), which were prepared by the co-precipitation method. An unsupported LaNiO3 precursor was also prepared as reference. The catalysts were characterized by BET surface area (BET), ex situ and in situ X-ray diffraction (XRD), temperature-programmed reduction (TPR), X-ray absorption near edge structure spectroscopy at the L3 edge of cerium and at the K edge of the nickel (XANES). BET results showed that all samples exhibited low surface areas probably due to the high calcination temperature (800 °C). It was also possible to observe that the surface areas of the supports decreased due to the presence of perovskite. However, XRD technique showed that the formation of the perovskite phase occurred without interference of the addition of the supports during the preparation. According to TPR, DRX in situ and XANES, all the catalysts reduced at temperatures below 700 °C and that the addition of zirconium into cerium lattice improved the reducibility of the supports. Thus, the following order was identified for the reducibility: LaNiO3/Ce0.5Zr0.5O2 > LaNiO3/Ce0.75Zr0.25O2 > LaNiO3/CeO2. In order to evaluate the performance of the catalysts in the bi-reforming of biogas, three steps of catalytic tests were carried out. In the first step, a comparison was made between the catalysts at the reaction temperature of 800 °C and molar ratio of 3CH4:1CO2:2H2O. The results showed that the most promising precursor was LaNiO3/Ce0.75Zr0.25O2, since it presented higher catalytic activity. It was also observed that all supported catalysts showed a decrease in CH4 and CO2 conversions, which may be explained by the oxidation process of the nickel particles due to the dissociation of H2O on the surface of the supports. In the second step, catalytic tests were performed with different water flows, using the LaNiO3/Ce0.75Zr0.25O2 precursor. These catalytic tests revealed that the addition of water to the feed had a negative effect on the conversion of CH4 and CO2. Furthermore, the results showed that the higher amount of water fed, the higher H2/CO ratio obtained by the process. Finally, the third step was a comparative between a simple catalyst, Ni/Al2O3, and LaNiO3/Ce0.75Zr0.25O2 precursor. In these catalytic tests, CH4:CO2:H2O molar ratios were changed between dry reforming (3:2:0) and bi-reforming (3:2:2) conditions. It was possible to observe that these catalysts presented different behaviors. The addition of water positively influenced CH4 conversion for Ni/Al2O3 sample, while for LaNiO3/Ce0.75Zr0.25O2, this effect was negative. A possible explanation for this difference could be that the presence of reducible oxides such as ceria and lanthana could be facilitating water dissociation on the surface, generating hydrogen and oxygen. This oxygen could oxidize the surface of nickel particles, which could explain the lower methane conversions obtained for LaNiO3/Ce0.75Zr0.25O2 in bi-reforming conditions. |
Palavras-chave: | Bi-reforma Biogás Hidrogênio Perovskita Cério-zircônio Bi-reform Perovskite Cerium-zirconium Hydrogen |
Área(s) do CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Editora: | Universidade Federal de Uberlândia |
Programa: | Programa de Pós-graduação em Engenharia Química |
Referência: | SANTOS, Dyovani Bruno Lima dos. Bi-reforma do biogás para a produção de hidrogênio utilizando precursores do tipo perovskita a base de níquel e lantânio suportados em óxidos mistos de cério-zircônia. 2017. 76 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2017. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2019.77. |
Identificador do documento: | http://doi.org/10.14393/ufu.di.2019.77 |
URI: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/28203 |
Data de defesa: | 21-Jul-2017 |
Aparece nas coleções: | DISSERTAÇÃO - Engenharia Química |
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