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Document type: Dissertação
Access type: Acesso Embargado
Embargo Date: 2025-12-13
Title: Estudo de catalisadores de NiSn/γ-Al2O3 para produção de hidrogênio através da reforma em fase aquosa do glicerol
Alternate title (s): Study of NiSn/γ-Al2O3 catalysts for hydrogen production through aqueous phase reforming of glycerol
Author: Xavier, Ivan Pedro Arêdes Sousa
First Advisor: Soares, Ricardo Reis
First member of the Committee: Gedraite, Rubens
Second member of the Committee: Rosmaninho, Marcelo Gonçalves
Third member of the Committee: Ferreira, Rondinele Alberto dos Reis
Summary: A busca por fontes renováveis e mais limpas de energia, visando diminuir o consumo de combustíveis fósseis, e consequentemente a diminuição da emissão de gases do efeito estufa, a fim de suprimir a demanda energética mundial, principalmente da indústria de transporte, tem impulsionado muitos estudos. Nesse cenário, o hidrogênio (H2) vem ganhando cada vez mais destaque, seja para sua aplicação direta como fonte de energia ou integrando sistemas inovadores de produção de biocombustíveis a partir de fontes mais renováveis. Impulsionado por essas circunstâncias, a reação de reforma em fase aquosa (APR) do glicerol tem apresentado caráter promissor em virtude do seu alto potencial de produção de hidrogênio e por ser atrelada a sistemas de produção de hidrocarbonetos na faixa do querosene de aviação. Este trabalho tem como objetivo avaliar o desempenho de catalisadores de NiSn/γ-Al2O3 (na razão molar Ni/Sn de 1, 5 e 10) durante a reação de APR do glicerol, visando a produção de H2. Os catalisadores foram sintetizados pelo método de impregnação úmida e, em seguida, caracterizados através das técnicas: Fisissorção de N2, Fluorescência de Raio-X (FRX), Difração de Raio-X (DRX), Redução com H2 à Temperatura Programada (TPR-H2), Dessorção de H2 à Temperatura Programada (TPD-H2) e Hidrogenação de Propileno. Após a caracterização, os catalisadores foram submetidos ao teste catalítico da reação de APR a 250°C e 50 bar de pressão em um sistema contínuo. Através dos dados de caracterização foi observado uma diminuição da área superficial dos catalisadores após a impregnação com Sn e uma diminuição da intensidade dos picos de DRX do metal ativo (Ni0). Através do DRX, foi observado o enfraquecimento das interações entre o metal ativo e o suporte devido à baixa temperatura aplicada na etapa de calcinação, levado a formação de interações mais fortes entre o Ni e o Sn, o que favoreceu a formação das ligas Ni3Sn e Ni3Sn2. O TPR-H2 demonstrou que a presença do Sn não alterou o perfil de redução dos catalisadores, porém promoveu uma diminuição no grau de redução. O TPD-H2 mostrou que a presença de Sn, possivelmente, limitou os diversos mecanismos de adsorção, levando a sítios ativos mais uniformes. Através do teste catalítico, foi uma observada uma desativação bem rápida do catalisador, em até 14 horas, principalmente para os catalisadores que apresentavam a liga Ni3Sn, desativando em até 3 horas. Os catalisadores com Sn apresentaram uma seletividade de H2 de 100%, levando em conta somente os produtos gasosos e uma alta formação de hidroxiacetona. A desativação do catalisador possivelmente ocorreu por depósito de carbono, em virtude da fraca interação entre o metal ativo e o suporte, o aumento da acidez do sítio catalítico devido a presença de Sn e por uma alta formação de hidrocarbonetos na fase líquida.
Abstract: The search for renewable and cleaner sources of energy, aiming to reduce the consumption of fossil fuels, and consequently to reduce greenhouse gas emissions, to suppress the global energy demand, mainly from the transport industry, has stimulated many studiesIn this scenario, hydrogen (H2) has been increasing prominence, whether for its direct application as an energy source or being part of innovative biofuel production systems from more renewable sources. Due to these circumstances, the aqueous phase reforming reaction (APR) of glycerol has shown promise due to its high potential for H2 production and for its link to hydrocarbon production systems in the aviation biokerosene range. This work aims to evaluate the performance of NiSn/γ-Al2O3 catalysts (with a Ni/Sn molar ratio of 1, 5, and 10) during the glycerol APR reaction, aiming at the production of H2. The catalysts were synthesized by the wet impregnation method and then characterized using the techniques: N2 Physisorption, X-ray Fluorescence (XRF), X-ray Diffraction (XRD), Reduction with H2 at Programmed Temperature (TPR- H2), H2 Desorption at Programmed Temperature (TPD-H2) and Propylene Hydrogenation. After characterization, the catalytic test was performed with all the catalysts through glycerol APR reaction at 250°C and 50 bar pressure in a continuous system. Through the characterization data, it was observed a decrease in the surface area of the catalysts after impregnation with Sn and a decrease in the active metal (Ni0) area. The XRD showed a weak interaction between the active metal and the support, leading to the formation of stronger interactions between Ni and Sn, which favored the formation of Ni3Sn and Ni3Sn2 alloys. TPR-H2 demonstrated that the presence of Sn did not change the reduction profile of the catalysts but promoted a decrease in the degree of reduction. TPD-H2 showed that the presence of Sn possibly limited the different adsorption mechanisms, leading to more uniform active sites. Through the catalytic test, a very rapid deactivation of the catalyst was observed, within up to 14 hours, especially for catalysts that featured the Ni3Sn alloy, deactivating within 3 hours. The catalysts with Sn showed a gas selectivity of 100% to H2 and a high formation of hydroxyacetone in the liquid phase. The deactivation of the catalyst possibly occurred due to carbon deposit, due to the weak interaction between the active metal and the support, the increase in acidity of the catalytic site due to the presence of Sn, and a high formation of hydrocarbons in the liquid phase.
Keywords: Reforma em fase aquosa
Aqueous phase reforming
Glicerol
Glycerol
NiSn
NiSn
Ligas
Alloys
Oleoquímica
Oleochemistry
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA
Subject: Engenharia química
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Quote: XAVIER, Ivan Pedro Arêdes Sousa. Estudo de catalisadores de NiSn/γ-Al2O3 para produção de hidrogênio através da reforma em fase aquosa do glicerol. 2023. 75 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2024. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2023.621.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2023.621
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/41333
Date of defense: 13-Dec-2023
Sustainable Development Goals SDGs: ODS::ODS 7. Energia limpa e acessível - Garantir acesso à energia barata, confiável, sustentável e renovável para todos.
ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação.
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