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Tipo de documento: Trabalho de Conclusão de Curso
Tipo de acceso: Acesso Aberto
Título: Hidrogenação de dióxido de carbono para a produção de metano utilizando catalizadores de níguel-sílica
Título (s) alternativo (s): CARBON DIOXIDE HYDROGENATION FOR METHANE PRODUCTION USING NICKEL–SILICA CATALYSTS
Autor: Bacchiegga, Lucca Traldi
Primer orientador: Hori, Carla Eponina
Primer coorientador: Santos, Grazielle Emanuella de Souza dos
Primer miembro de la banca: Resende, Karen Abreu
Segundo miembro de la banca: Não se aplica
Resumen: O crescente aumento populacional e o avanço econômico têm intensificado a demanda global por energia, tradicionalmente suprida pela queima de combustíveis fósseis, o que vem acarretando impactos ambientais significativos nos últimos anos. Nesse contexto, fontes renováveis de energia vêm ganhando destaque. A metanação, reação que converte hidrogênio (H₂) e dióxido de carbono (CO₂) em metano (CH₄) e água (H₂O), surge como uma alternativa promissora para a diversificação da matriz energética. No entanto, devido à cinética desfavorável, a utilização de catalisadores é fundamental para viabilizar essa rota reacional. Este trabalho teve como objetivo avaliar a influência da temperatura de reação e do teor de níquel em catalisadores na conversão e seletividade da metanação, por meio de revisão bibliográfica e análise de dados experimentais. Para isso, os catalisadores de níquel-sílica foram preparados pelo método de impregnação a seco e caracterizados por Fluorescência de Raios X (FRX), Redução com H₂ à Temperatura Programada (TPR) e Análise Termogravimétrica (TGA). Os testes catalíticos foram realizados em sistema contínuo, avaliando-se a conversão do CO₂, a seletividade para o metano (CH₄) e a estabilidade dos catalisadores em diferentes condições de operação. Os resultados dos testes de light-off com temperaturas variando entre 500 a 300° C demonstraram que a conversão de CO₂ se manteve relativamente baixa, alcançando 40%, e a seletividade para CH₄ permaneceu reduzida em ambas as amostras, variando entre 75 a 45 %, indicando que o aumento do teor metálico não promoveu ganhos expressivos na seletividade. Nos testes de estabilidade a 350 °C, o catalisador 10% Ni/SiO₂ manteve a conversão de CO₂ em aproximadamente 20% e a seletividade para CH₄ próxima de 60%, enquanto o catalisador 20% Ni/SiO₂ apresentou cerca de 30% de conversão e 75% de seletividade, evidenciando um comportamento estável ao longo de 20 horas de ensaio. As análises de FRX revelaram discrepâncias entre as concentrações teóricas e experimentais de níquel, com desvios de aproximadamente 62% para o catalisador de 10% Ni e cerca de 18,8% para o de 20% Ni, possivelmente devido a fatores do processo de síntese. A análise termogravimétrica (TGA) dos catalisadores usados indicou um ganho de massa de 2% da inicial, atribuído à oxidação de depósitos carbonáceos (coque), mais expressivo no catalisador com 20% de níquel, sugerindo que o maior teor metálico, embora possa potencializar a atividade, também contribui para a desativação por coque. Assim, a otimização da composição metálica deve buscar um equilíbrio entre desempenho catalítico e estabilidade operacional.
Abstract: The growing population and economic development have intensified the global demand for energy, traditionally met by the combustion of fossil fuels, which has led to significant environmental impacts in recent years. In this context, renewable energy sources have gained prominence. Methanation, a reaction that converts hydrogen (H₂) and carbon dioxide (CO₂) into methane (CH₄) and water (H₂O), emerges as a promising alternative for diversifying the energy matrix. However, due to unfavorable kinetics, the use of catalysts is fundamental to enable this reaction pathway. This work aimed to evaluate the influence of reaction temperature and nickel content in catalysts on methanation conversion and selectivity through a literature review and experimental data analysis. For this purpose, nickel-silica catalysts were prepared by the dry impregnation method and characterized by X-ray Fluorescence (XRF), Temperature-Programmed Reduction with H₂ (TPR), and Thermogravimetric Analysis (TGA). Catalytic tests were performed in a continuous system, evaluating CO₂ conversion, methane (CH₄) selectivity, and catalyst stability under different operating conditions. The light-off test results demonstrated that CO₂ conversion remained relatively low, and CH₄ selectivity remained reduced in both samples (10% and 20% Ni/SiO₂), indicating that increasing the metallic content did not lead to significant gains in selectivity. In stability tests at 350 °C, the 10% Ni/SiO₂ catalyst maintained CO₂ conversion at approximately 20% and CH₄ selectivity close to 60%, while the 20% Ni/SiO₂ catalyst showed about 30% conversion and 75% selectivity, evidencing stable behavior over 20 hours of testing. XRF analyses revealed discrepancies between theoretical and experimental nickel concentrations, with deviations of approximately 62% for the 10% Ni catalyst and about 18.8% for the 20% Ni catalyst, possibly due to synthesis process factors. Thermogravimetric analysis (TGA) of the used catalysts indicated a mass gain, attributed to the oxidation of carbonaceous deposits (coke), which was more pronounced in the catalyst with 20% nickel, suggesting that higher metallic content, while potentially enhancing activity, also contributes to deactivation by coking. Thus, the optimization of the metallic composition should seek a balance between catalytic performance and operational stability."
Palabras clave: Catalisador
Metanação
Energia
Conversão
Seletividade
Estabilidade
Área (s) del CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Idioma: por
País: Brasil
Editora: Universidade Federal de Uberlândia
Cita: BACCHIEGGA, Lucca Traldi. Hidrogenação de dióxido de carbono para a produção de metano utilizando catalizadores de níguel-sílica. 2025. 41 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Química) – Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2025.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/47325
Fecha de defensa: 18-sep-2025
Aparece en las colecciones:TCC - Engenharia Química

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