Este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de materiais catalíticos à base de óxidos mistos, de baixo custo, para serem empregados como catalisadores mássicos, na decomposição do peróxido de hidrogênio 90%, em massa, possibilitando múltiplas partidas a frio em um micropropulsor de satélites a monopropelente. Foram utilizados diferentes métodos de síntese de óxidos mistos com altos teores de manganês e cobalto. Os materiais foram avaliados, preliminarmente, na decomposição espontânea do peróxido de hidrogênio em bancada (teste da gota). Em seguida, os catalisadores com melhores desempenhos foram selecionados e testados em um micropropulsor de 2N, onde foram monitorados o empuxo, a pressão e a temperatura da câmara do propulsor. Todos os catalisadores foram caracterizados por Adsorção de Nitrogênio, Termogravimetria, Espectroscopia Fotoeletrônica de Raios-X, Difratometria de Raios-X e Resistência Mecânica à Compressão Radial, visando correlacionar suas propriedades físico-químicas com suas atividades na decomposição catalítica do peróxido de hidrogênio concentrado. Os catalisadores denominados MnAl2 e Co4MnAl, sintetizados pelo método da co-precipitação em solução aquosa, foram aqueles que apresentaram os melhores resultados, sendo capazes de decompor espontaneamente o H2O2 sem sofrer desativação ou fragmentação após os testes. / This work aimed to develop mixed oxides, at low cost, to be used as catalysts in the decomposition of hydrogen peroxide, 90% by weight, allowing multiple starts in a microthruster of monopropellant satellites. Different synthesis methods of mixed oxides with high levels of manganese and cobalt oxides were employed. The materials were evaluated, preliminarily, in the spontaneous decomposition of hydrogen peroxide (drop test). Then, the best performing catalysts were selected and tested in a 2N microthruster, where the thrust, the pressure, and temperature in the chamber was monitored. All catalysts were characterized by nitrogen adsorption, thermogravimetry, X-ray photoelectron spectroscopy, X-ray Diffraction, and Mechanical Strength Radial Compression , aiming to correlate their physicochemical properties with their activity in the catalytic decomposition of concentrated hydrogen peroxide.The catalysts called MnAl2 and Co4MnAl, synthesized by co-precipitation in aqueous solution, were those that showed the best results, being able to spontaneously decompose H2O2 without undergoing deactivation or fragmentation after testing.

Este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de materiais catalíticos à base de óxidos mistos, de baixo custo, para serem empregados como catalisadores mássicos, na decomposição do peróxido de hidrogênio 90%, em massa, possibilitando múltiplas partidas a frio em um micropropulsor de satélites a monopropelente. Foram utilizados diferentes métodos de síntese de óxidos mistos com altos teores de manganês e cobalto. Os materiais foram avaliados, preliminarmente, na decomposição espontânea do peróxido de hidrogênio em bancada (teste da gota). Em seguida, os catalisadores com melhores desempenhos foram selecionados e testados em um micropropulsor de 2N, onde foram monitorados o empuxo, a pressão e a temperatura da câmara do propulsor. Todos os catalisadores foram caracterizados por Adsorção de Nitrogênio, Termogravimetria, Espectroscopia Fotoeletrônica de Raios-X, Difratometria de Raios-X e Resistência Mecânica à Compressão Radial, visando correlacionar suas propriedades físico-químicas com suas atividades na decomposição catalítica do peróxido de hidrogênio concentrado. Os catalisadores denominados MnAl2 e Co4MnAl, sintetizados pelo método da co-precipitação em solução aquosa, foram aqueles que apresentaram os melhores resultados, sendo capazes de decompor espontaneamente o H2O2 sem sofrer desativação ou fragmentação após os testes. / This work aimed to develop mixed oxides, at low cost, to be used as catalysts in the decomposition of hydrogen peroxide, 90% by weight, allowing multiple starts in a microthruster of monopropellant satellites. Different synthesis methods of mixed oxides with high levels of manganese and cobalt oxides were employed. The materials were evaluated, preliminarily, in the spontaneous decomposition of hydrogen peroxide (drop test). Then, the best performing catalysts were selected and tested in a 2N microthruster, where the thrust, the pressure, and temperature in the chamber was monitored. All catalysts were characterized by nitrogen adsorption, thermogravimetry, X-ray photoelectron spectroscopy, X-ray Diffraction, and Mechanical Strength Radial Compression , aiming to correlate their physicochemical properties with their activity in the catalytic decomposition of concentrated hydrogen peroxide.The catalysts called MnAl2 and Co4MnAl, synthesized by co-precipitation in aqueous solution, were those that showed the best results, being able to spontaneously decompose H2O2 without undergoing deactivation or fragmentation after testing.

Neste trabalho investigou-se a influência do cobre em diferentes catalisadores a base de níquel na decomposição catalítica do metano. Foram avaliados desde aspectos relacionados ao tratamento térmico das amostras até o desempenho catalítico nos testes de atividade. As amostras foram preparadas a partir de dois métodos diferentes. Um grupo foi preparado pelo método de impregnação úmida utilizando sílica como suporte, enquanto o segundo foi preparado pelo método de coprecipitação contínua, utilizando nitratos de cobre, níquel e alumínio em diferentes composições molares. Os ensaios foram realizados em reator tubular de leito fixo acoplado a um forno com controle de temperatura e conectado em linha com cromatógrafo gasoso. Utilizou-se 100 mg de amostra, numa faixa de temperatura de 500 a 750°C, utilizando como alimentação uma mistura reacional de N2:CH4 na proporção de 9:1. A caracterização das amostras foi realizada através das análises de SBET, TGA, TPR, TPO, DRX e Espectroscopia Raman. Os resultados mostraram uma significativa influência do cobre na atividade das amostras em temperaturas superiores a 500°C. A presença de cobre influenciou a área específica e a temperatura de redução das amostras calcinadas. Pequenas quantidades de cobre contribuem ao evitar a desativação do catalisador por sinterização em temperaturas superiores a 500°C. Para os catalisadores coprecipitados, além da influência do cobre, avaliou-se também a influência do gás utilizado no tratamento térmico das amostras. Foram utilizadas amostras não calcinadas, amostras calcinadas em ar por seis horas e calcinadas em N2 pelo mesmo período. Os resultados indicaram que a presença de cobre contribui para uma maior estabilidade e atividade nos ensaios realizados nas temperaturas de 600 e 650°C, principalmente para as amostras calcinadas em ar. As amostras com 11% de cobre na composição apresentaram elevada estabilidade na temperatura de 600°C, mesmo quando não calcinadas, indicando que a etapa de tratamento térmico pode ser evitada para este tipo de amostra. As análises de DRX, TPO e Espectroscopia Raman sugerem que o carbono formado, tanto para os catalisadores suportados quanto para os coprecipitados, depositou-se na forma de nanotubos de paredes múltiplas. / The effect of copper in different nickel-based catalysts in the catalytic decomposition of methane was investigated. Were evaluated aspects from the heat treatment of the samples to the catalytic performance in activity tests. Samples were prepared using two different methods. One group was prepared by the wet impregnation method using silica as the support and the second group was prepared by continuous coprecipitation method using copper nitrate, nickel and aluminum in different molar compositions. Catalytic activity runs were carried out in a tubular fixed-bed reactor coupled to an oven with temperature control and connected in line with a gas chromatograph. Samples of 100 mg were used in a temperature range of 500 to 750°C applying a reaction mixture of N2:CH4 at a ratio 9:1 as feed supply. The characterization of the samples was performed through the analysis of SBET, TGA, TPR, TPO, XRD and Raman spectroscopy. The results showed a significant effect of copper on the activity of the samples at temperatures above 500°C. The presence of copper influenced the specific area and the reduction temperature of the calcined samples. Small amounts of copper contributed to avoid catalyst deactivation by sintering at temperatures above 500°C. For the coprecipitated catalysts in addition to the influence of copper, the effect of the gas used for the thermal treatment of samples was also evaluated. Uncalcined samples and samples calcined in air and in N2 for six hours were used. The results indicated that the presence of copper contributed to a superior stability and activity in runs performed at temperatures of 600 to 650°C, especially for samples calcined in air. Samples with 11% of copper showed high stability at 600°C, even if not calcined, indicating that the thermal treatment step can be avoided for this type of sample. The XRD, TPO and Raman spectroscopy results suggest that the carbon deposited on the spent catalysts was in the form of multi-walled nanotubes, for both the supported and the coprecipitated catalysts.

Neste trabalho, foi estudada a decomposição catalítica do metano sobre catalisadores coprecipitados, à base de Co-Al, para produção de hidrogênio e nanotubos de carbono. Foram testados catalisadores com diferentes proporções de cobalto e alumínio, bem como o efeito da adição de outros metais bivalentes (Mg, Ni, Zn ou Cu) ao sistema Co-Al. Os catalisadores foram caracterizados por TGA-DTA, DRX, TPR, TPO e imagens de MEV. As reações foram conduzidas em uma termobalança operando como reator diferencial, com 10 mg de catalisador. A faixa de temperatura analisada foi de 500-750°C. Os melhores resultados em termos de atividade e estabilidade foram obtidos com o catalisador Co66Al33. A adição de outros metais bivalentes não melhorou o desempenho do catalisador, principalmente porque esses metais afetaram a redutibilidade do catalisador. Para o catalisador que apresentou os melhores resultados (Co66Al33), foram realizados testes em diferentes temperaturas e condições reacionais. Os resultados mostraram que a forma de ativação afeta o desempenho deste catalisador, de forma que o catalisador pré-ativado produziu maiores quantidades de hidrogênio, nas reações a 550, 600 e 700°C. No entanto, a 650°C, a amostra autoativada teve desempenho semelhante à pré-ativada, inclusive mostrando-se mais ativa após certo tempo de reação. A caracterização do carbono depositado mostrou que todos os catalisadores produziram nanotubos de carbono. As imagens de microscopia eletrônica por varredura (MEV) mostraram a presença de filamentos mais longos e abundantes na amostra Co50Al50. As análises de oxidação a temperatura programada (TPO) indicaram que os nanotubos de carbono são de parede simples (SWNT). Para o catalisador Co66Al33, as análises de TPO indicaram maior produção de SWNT por parte das amostras pré-ativadas. / In this work, we studied the catalytic decomposition of methane over coprecipitated Co-Al based catalysts, for production of hydrogen and carbon nanotubes. Tests were performed with catalysts containing different Co-Al molar ratios, as well as with addition of other divalent metals (Mg, Ni, Zn, or Cu) to Co-Al system. The samples were characterized by TGA-DTA, XRD, TPR, TPO and SEM images. Activity tests were carried out in a thermobalance, operating as a differential reactor, with 10 mg of catalyst. The temperature range studied was 500-750°C. The best results in terms of activity and stability were obtained with the catalyst Co66Al33. Addition of other divalent metals did not improve the catalyst performance, mainly because these metals affected the catalyst reducibility. For the best results sample (Co66Al33), additional tests were performed at different temperatures and reaction conditions. Results showed that the activation method affects the catalyst performance, so as pre-activated sample produced more hydrogen than auto-activated sample, at 550, 600 and 700°C of reaction temperature. Nevertheless, at 650°C, auto-activated sample had performance almost similar to the pre-activated sample, even showing higher activity after a period of reaction. Characterization of deposited carbon showed that all catalysts produced carbon nanotubes. The images of scanning electron microscopy (SEM) showed formation of longer and abundant filaments in the sample Co50Al50. Temperature programmed oxidation analyses indicated that filaments are single walled carbon nanotubes (SWNT). For the catalyst Co66Al33, TPO analyses indicated a higher production of SWNT by pre-activated samples.

Neste trabalho, foi estudada a decomposição catalítica do metano sobre catalisadores coprecipitados, à base de Co-Al, para produção de hidrogênio e nanotubos de carbono. Foram testados catalisadores com diferentes proporções de cobalto e alumínio, bem como o efeito da adição de outros metais bivalentes (Mg, Ni, Zn ou Cu) ao sistema Co-Al. Os catalisadores foram caracterizados por TGA-DTA, DRX, TPR, TPO e imagens de MEV. As reações foram conduzidas em uma termobalança operando como reator diferencial, com 10 mg de catalisador. A faixa de temperatura analisada foi de 500-750°C. Os melhores resultados em termos de atividade e estabilidade foram obtidos com o catalisador Co66Al33. A adição de outros metais bivalentes não melhorou o desempenho do catalisador, principalmente porque esses metais afetaram a redutibilidade do catalisador. Para o catalisador que apresentou os melhores resultados (Co66Al33), foram realizados testes em diferentes temperaturas e condições reacionais. Os resultados mostraram que a forma de ativação afeta o desempenho deste catalisador, de forma que o catalisador pré-ativado produziu maiores quantidades de hidrogênio, nas reações a 550, 600 e 700°C. No entanto, a 650°C, a amostra autoativada teve desempenho semelhante à pré-ativada, inclusive mostrando-se mais ativa após certo tempo de reação. A caracterização do carbono depositado mostrou que todos os catalisadores produziram nanotubos de carbono. As imagens de microscopia eletrônica por varredura (MEV) mostraram a presença de filamentos mais longos e abundantes na amostra Co50Al50. As análises de oxidação a temperatura programada (TPO) indicaram que os nanotubos de carbono são de parede simples (SWNT). Para o catalisador Co66Al33, as análises de TPO indicaram maior produção de SWNT por parte das amostras pré-ativadas. / In this work, we studied the catalytic decomposition of methane over coprecipitated Co-Al based catalysts, for production of hydrogen and carbon nanotubes. Tests were performed with catalysts containing different Co-Al molar ratios, as well as with addition of other divalent metals (Mg, Ni, Zn, or Cu) to Co-Al system. The samples were characterized by TGA-DTA, XRD, TPR, TPO and SEM images. Activity tests were carried out in a thermobalance, operating as a differential reactor, with 10 mg of catalyst. The temperature range studied was 500-750°C. The best results in terms of activity and stability were obtained with the catalyst Co66Al33. Addition of other divalent metals did not improve the catalyst performance, mainly because these metals affected the catalyst reducibility. For the best results sample (Co66Al33), additional tests were performed at different temperatures and reaction conditions. Results showed that the activation method affects the catalyst performance, so as pre-activated sample produced more hydrogen than auto-activated sample, at 550, 600 and 700°C of reaction temperature. Nevertheless, at 650°C, auto-activated sample had performance almost similar to the pre-activated sample, even showing higher activity after a period of reaction. Characterization of deposited carbon showed that all catalysts produced carbon nanotubes. The images of scanning electron microscopy (SEM) showed formation of longer and abundant filaments in the sample Co50Al50. Temperature programmed oxidation analyses indicated that filaments are single walled carbon nanotubes (SWNT). For the catalyst Co66Al33, TPO analyses indicated a higher production of SWNT by pre-activated samples.

Nas últimas décadas, tem se intensificado a busca por novas fontes energéticas. Neste contexto, o uso do hidrogênio como combustível é profícuo porque, além de possuir um elevado poder energético, sua combustão não gera poluente algum. Sendo assim, a decomposição catalítica do metano é uma alternativa interessante, pois consiste na produção de hidrogênio puro, sem geração de COx. O objetivo deste trabalho foi estudar o efeito de diferentes teores de cobre em catalisadores contendo cobalto e alumínio na decomposição catalítica do metano. Uma série de catalisadores Co-Al modificados com cobre (com diferentes teores de cobre) foram preparados por co-precipitação e avaliados na reação de decomposição catalítica do metano. Foram testados diferentes razões molares de Co/Cu e dos metais M+2/M+3. Os catalisadores foram caracterizados por medidas de área específica SBET, TPR-H2,TGA-DTA e DRX. As amostras após a reação foram caracterizadas por DRX, TPO e MEV. Os ensaios de atividade foram conduzidos em reator tubular de leito fixo, carga de 100 mg, em temperaturas entre 500 e 750°C, utilizando-se uma razão molar N2/CH4 igual a 9 na alimentação. A influência da ativação, com passagem hidrogênio antes da reação, também foi estudada. Constatou-se uma forte influência sobre a redutibilidade de óxidos de cobalto na presença de Cu. Este metal diminui fortemente a temperatura de redução (em mais de 100°C) do CoAl2O4 devido a um efeito sinergético entre Cu e Co. Os resultados dos testes de atividade indicam que a conversão de CH4 é menor para os catalisadores que contém maior teor de cobre. Além disso, constatou-se que, quando há um pequeno aumento na substituição de cobalto pelo cobre, a atividade não é significativamete alterada. Os testes catalíticos com temperatura constante, bem como a avaliação dos catalisadores reduzidos previamente, sugerem a etapa de redução prévia com hidrogênio pode ser evitada. / In recent decades, has been intensified the search for new energy sources. In this context, the use of hydrogen as a fuel is advantageous because, besides having an high power energy, its combustion does not generate any pollutant. Thus, the catalytic decomposition of methane is an attractive alternative, because pure hydrogen without COx generation. The objective of this work was to study the effect of different amounts of copper over Co-Al catalysts in the catalytic decomposition of methane. The samples were prepared by co-precipitation and evaluated in the reaction of catalytic decomposition of methane to produce hydrogen. Tests were performed with catalysts containing different Co/Cu and M+2/M+3 ratios. Samples were characterized by SBET, TGA, DTA, XRD and TPR. The carbon produced in the reaction was characterized by XRD, SEM and TPO. Tests were performed in a tubular fixed bed reactor, between 500 and 700°C, using a N2/CH4 (9:1 molar). The influence of activation with hydrogen was also studied. The results showed that the presence of Cu strongly decreased the reduction temperature of CoAl2O4 (more than 100ºC) due to a synergistic effect between Cu and Co. The activity runs showed that CH4 conversion decreases as Cu content amount increases. A small increase in the substitution of cobalt by copper does not change significantly the CH4 conversion. Moreover, the run with temperature constant, as well the study of the reduction with H2, suggests that the activation step can be avoid. The analysis of XRD, SEM and TPO suggest that the carbon was formed mainly in the form of single-walled nanotubes.

Neste trabalho investigou-se a influência do cobre em diferentes catalisadores a base de níquel na decomposição catalítica do metano. Foram avaliados desde aspectos relacionados ao tratamento térmico das amostras até o desempenho catalítico nos testes de atividade. As amostras foram preparadas a partir de dois métodos diferentes. Um grupo foi preparado pelo método de impregnação úmida utilizando sílica como suporte, enquanto o segundo foi preparado pelo método de coprecipitação contínua, utilizando nitratos de cobre, níquel e alumínio em diferentes composições molares. Os ensaios foram realizados em reator tubular de leito fixo acoplado a um forno com controle de temperatura e conectado em linha com cromatógrafo gasoso. Utilizou-se 100 mg de amostra, numa faixa de temperatura de 500 a 750°C, utilizando como alimentação uma mistura reacional de N2:CH4 na proporção de 9:1. A caracterização das amostras foi realizada através das análises de SBET, TGA, TPR, TPO, DRX e Espectroscopia Raman. Os resultados mostraram uma significativa influência do cobre na atividade das amostras em temperaturas superiores a 500°C. A presença de cobre influenciou a área específica e a temperatura de redução das amostras calcinadas. Pequenas quantidades de cobre contribuem ao evitar a desativação do catalisador por sinterização em temperaturas superiores a 500°C. Para os catalisadores coprecipitados, além da influência do cobre, avaliou-se também a influência do gás utilizado no tratamento térmico das amostras. Foram utilizadas amostras não calcinadas, amostras calcinadas em ar por seis horas e calcinadas em N2 pelo mesmo período. Os resultados indicaram que a presença de cobre contribui para uma maior estabilidade e atividade nos ensaios realizados nas temperaturas de 600 e 650°C, principalmente para as amostras calcinadas em ar. As amostras com 11% de cobre na composição apresentaram elevada estabilidade na temperatura de 600°C, mesmo quando não calcinadas, indicando que a etapa de tratamento térmico pode ser evitada para este tipo de amostra. As análises de DRX, TPO e Espectroscopia Raman sugerem que o carbono formado, tanto para os catalisadores suportados quanto para os coprecipitados, depositou-se na forma de nanotubos de paredes múltiplas. / The effect of copper in different nickel-based catalysts in the catalytic decomposition of methane was investigated. Were evaluated aspects from the heat treatment of the samples to the catalytic performance in activity tests. Samples were prepared using two different methods. One group was prepared by the wet impregnation method using silica as the support and the second group was prepared by continuous coprecipitation method using copper nitrate, nickel and aluminum in different molar compositions. Catalytic activity runs were carried out in a tubular fixed-bed reactor coupled to an oven with temperature control and connected in line with a gas chromatograph. Samples of 100 mg were used in a temperature range of 500 to 750°C applying a reaction mixture of N2:CH4 at a ratio 9:1 as feed supply. The characterization of the samples was performed through the analysis of SBET, TGA, TPR, TPO, XRD and Raman spectroscopy. The results showed a significant effect of copper on the activity of the samples at temperatures above 500°C. The presence of copper influenced the specific area and the reduction temperature of the calcined samples. Small amounts of copper contributed to avoid catalyst deactivation by sintering at temperatures above 500°C. For the coprecipitated catalysts in addition to the influence of copper, the effect of the gas used for the thermal treatment of samples was also evaluated. Uncalcined samples and samples calcined in air and in N2 for six hours were used. The results indicated that the presence of copper contributed to a superior stability and activity in runs performed at temperatures of 600 to 650°C, especially for samples calcined in air. Samples with 11% of copper showed high stability at 600°C, even if not calcined, indicating that the thermal treatment step can be avoided for this type of sample. The XRD, TPO and Raman spectroscopy results suggest that the carbon deposited on the spent catalysts was in the form of multi-walled nanotubes, for both the supported and the coprecipitated catalysts.

Neste trabalho, foi estudada a decomposição catalítica do metano sobre catalisadores coprecipitados, à base de Co-Al, para produção de hidrogênio e nanotubos de carbono. Foram testados catalisadores com diferentes proporções de cobalto e alumínio, bem como o efeito da adição de outros metais bivalentes (Mg, Ni, Zn ou Cu) ao sistema Co-Al. Os catalisadores foram caracterizados por TGA-DTA, DRX, TPR, TPO e imagens de MEV. As reações foram conduzidas em uma termobalança operando como reator diferencial, com 10 mg de catalisador. A faixa de temperatura analisada foi de 500-750°C. Os melhores resultados em termos de atividade e estabilidade foram obtidos com o catalisador Co66Al33. A adição de outros metais bivalentes não melhorou o desempenho do catalisador, principalmente porque esses metais afetaram a redutibilidade do catalisador. Para o catalisador que apresentou os melhores resultados (Co66Al33), foram realizados testes em diferentes temperaturas e condições reacionais. Os resultados mostraram que a forma de ativação afeta o desempenho deste catalisador, de forma que o catalisador pré-ativado produziu maiores quantidades de hidrogênio, nas reações a 550, 600 e 700°C. No entanto, a 650°C, a amostra autoativada teve desempenho semelhante à pré-ativada, inclusive mostrando-se mais ativa após certo tempo de reação. A caracterização do carbono depositado mostrou que todos os catalisadores produziram nanotubos de carbono. As imagens de microscopia eletrônica por varredura (MEV) mostraram a presença de filamentos mais longos e abundantes na amostra Co50Al50. As análises de oxidação a temperatura programada (TPO) indicaram que os nanotubos de carbono são de parede simples (SWNT). Para o catalisador Co66Al33, as análises de TPO indicaram maior produção de SWNT por parte das amostras pré-ativadas. / In this work, we studied the catalytic decomposition of methane over coprecipitated Co-Al based catalysts, for production of hydrogen and carbon nanotubes. Tests were performed with catalysts containing different Co-Al molar ratios, as well as with addition of other divalent metals (Mg, Ni, Zn, or Cu) to Co-Al system. The samples were characterized by TGA-DTA, XRD, TPR, TPO and SEM images. Activity tests were carried out in a thermobalance, operating as a differential reactor, with 10 mg of catalyst. The temperature range studied was 500-750°C. The best results in terms of activity and stability were obtained with the catalyst Co66Al33. Addition of other divalent metals did not improve the catalyst performance, mainly because these metals affected the catalyst reducibility. For the best results sample (Co66Al33), additional tests were performed at different temperatures and reaction conditions. Results showed that the activation method affects the catalyst performance, so as pre-activated sample produced more hydrogen than auto-activated sample, at 550, 600 and 700°C of reaction temperature. Nevertheless, at 650°C, auto-activated sample had performance almost similar to the pre-activated sample, even showing higher activity after a period of reaction. Characterization of deposited carbon showed that all catalysts produced carbon nanotubes. The images of scanning electron microscopy (SEM) showed formation of longer and abundant filaments in the sample Co50Al50. Temperature programmed oxidation analyses indicated that filaments are single walled carbon nanotubes (SWNT). For the catalyst Co66Al33, TPO analyses indicated a higher production of SWNT by pre-activated samples.

Neste trabalho investigou-se a influência do cobre em diferentes catalisadores a base de níquel na decomposição catalítica do metano. Foram avaliados desde aspectos relacionados ao tratamento térmico das amostras até o desempenho catalítico nos testes de atividade. As amostras foram preparadas a partir de dois métodos diferentes. Um grupo foi preparado pelo método de impregnação úmida utilizando sílica como suporte, enquanto o segundo foi preparado pelo método de coprecipitação contínua, utilizando nitratos de cobre, níquel e alumínio em diferentes composições molares. Os ensaios foram realizados em reator tubular de leito fixo acoplado a um forno com controle de temperatura e conectado em linha com cromatógrafo gasoso. Utilizou-se 100 mg de amostra, numa faixa de temperatura de 500 a 750°C, utilizando como alimentação uma mistura reacional de N2:CH4 na proporção de 9:1. A caracterização das amostras foi realizada através das análises de SBET, TGA, TPR, TPO, DRX e Espectroscopia Raman. Os resultados mostraram uma significativa influência do cobre na atividade das amostras em temperaturas superiores a 500°C. A presença de cobre influenciou a área específica e a temperatura de redução das amostras calcinadas. Pequenas quantidades de cobre contribuem ao evitar a desativação do catalisador por sinterização em temperaturas superiores a 500°C. Para os catalisadores coprecipitados, além da influência do cobre, avaliou-se também a influência do gás utilizado no tratamento térmico das amostras. Foram utilizadas amostras não calcinadas, amostras calcinadas em ar por seis horas e calcinadas em N2 pelo mesmo período. Os resultados indicaram que a presença de cobre contribui para uma maior estabilidade e atividade nos ensaios realizados nas temperaturas de 600 e 650°C, principalmente para as amostras calcinadas em ar. As amostras com 11% de cobre na composição apresentaram elevada estabilidade na temperatura de 600°C, mesmo quando não calcinadas, indicando que a etapa de tratamento térmico pode ser evitada para este tipo de amostra. As análises de DRX, TPO e Espectroscopia Raman sugerem que o carbono formado, tanto para os catalisadores suportados quanto para os coprecipitados, depositou-se na forma de nanotubos de paredes múltiplas. / The effect of copper in different nickel-based catalysts in the catalytic decomposition of methane was investigated. Were evaluated aspects from the heat treatment of the samples to the catalytic performance in activity tests. Samples were prepared using two different methods. One group was prepared by the wet impregnation method using silica as the support and the second group was prepared by continuous coprecipitation method using copper nitrate, nickel and aluminum in different molar compositions. Catalytic activity runs were carried out in a tubular fixed-bed reactor coupled to an oven with temperature control and connected in line with a gas chromatograph. Samples of 100 mg were used in a temperature range of 500 to 750°C applying a reaction mixture of N2:CH4 at a ratio 9:1 as feed supply. The characterization of the samples was performed through the analysis of SBET, TGA, TPR, TPO, XRD and Raman spectroscopy. The results showed a significant effect of copper on the activity of the samples at temperatures above 500°C. The presence of copper influenced the specific area and the reduction temperature of the calcined samples. Small amounts of copper contributed to avoid catalyst deactivation by sintering at temperatures above 500°C. For the coprecipitated catalysts in addition to the influence of copper, the effect of the gas used for the thermal treatment of samples was also evaluated. Uncalcined samples and samples calcined in air and in N2 for six hours were used. The results indicated that the presence of copper contributed to a superior stability and activity in runs performed at temperatures of 600 to 650°C, especially for samples calcined in air. Samples with 11% of copper showed high stability at 600°C, even if not calcined, indicating that the thermal treatment step can be avoided for this type of sample. The XRD, TPO and Raman spectroscopy results suggest that the carbon deposited on the spent catalysts was in the form of multi-walled nanotubes, for both the supported and the coprecipitated catalysts.

Nas últimas décadas, tem se intensificado a busca por novas fontes energéticas. Neste contexto, o uso do hidrogênio como combustível é profícuo porque, além de possuir um elevado poder energético, sua combustão não gera poluente algum. Sendo assim, a decomposição catalítica do metano é uma alternativa interessante, pois consiste na produção de hidrogênio puro, sem geração de COx. O objetivo deste trabalho foi estudar o efeito de diferentes teores de cobre em catalisadores contendo cobalto e alumínio na decomposição catalítica do metano. Uma série de catalisadores Co-Al modificados com cobre (com diferentes teores de cobre) foram preparados por co-precipitação e avaliados na reação de decomposição catalítica do metano. Foram testados diferentes razões molares de Co/Cu e dos metais M+2/M+3. Os catalisadores foram caracterizados por medidas de área específica SBET, TPR-H2,TGA-DTA e DRX. As amostras após a reação foram caracterizadas por DRX, TPO e MEV. Os ensaios de atividade foram conduzidos em reator tubular de leito fixo, carga de 100 mg, em temperaturas entre 500 e 750°C, utilizando-se uma razão molar N2/CH4 igual a 9 na alimentação. A influência da ativação, com passagem hidrogênio antes da reação, também foi estudada. Constatou-se uma forte influência sobre a redutibilidade de óxidos de cobalto na presença de Cu. Este metal diminui fortemente a temperatura de redução (em mais de 100°C) do CoAl2O4 devido a um efeito sinergético entre Cu e Co. Os resultados dos testes de atividade indicam que a conversão de CH4 é menor para os catalisadores que contém maior teor de cobre. Além disso, constatou-se que, quando há um pequeno aumento na substituição de cobalto pelo cobre, a atividade não é significativamete alterada. Os testes catalíticos com temperatura constante, bem como a avaliação dos catalisadores reduzidos previamente, sugerem a etapa de redução prévia com hidrogênio pode ser evitada. / In recent decades, has been intensified the search for new energy sources. In this context, the use of hydrogen as a fuel is advantageous because, besides having an high power energy, its combustion does not generate any pollutant. Thus, the catalytic decomposition of methane is an attractive alternative, because pure hydrogen without COx generation. The objective of this work was to study the effect of different amounts of copper over Co-Al catalysts in the catalytic decomposition of methane. The samples were prepared by co-precipitation and evaluated in the reaction of catalytic decomposition of methane to produce hydrogen. Tests were performed with catalysts containing different Co/Cu and M+2/M+3 ratios. Samples were characterized by SBET, TGA, DTA, XRD and TPR. The carbon produced in the reaction was characterized by XRD, SEM and TPO. Tests were performed in a tubular fixed bed reactor, between 500 and 700°C, using a N2/CH4 (9:1 molar). The influence of activation with hydrogen was also studied. The results showed that the presence of Cu strongly decreased the reduction temperature of CoAl2O4 (more than 100ºC) due to a synergistic effect between Cu and Co. The activity runs showed that CH4 conversion decreases as Cu content amount increases. A small increase in the substitution of cobalt by copper does not change significantly the CH4 conversion. Moreover, the run with temperature constant, as well the study of the reduction with H2, suggests that the activation step can be avoid. The analysis of XRD, SEM and TPO suggest that the carbon was formed mainly in the form of single-walled nanotubes.