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Desenvolvimento de catalisadores de cobalto suportados em matrizes de Al2O3,CeO2, e ZrO2 para produção de hidrogênio a partir da reforma a vapor e oxidativa do etanol / Development of cobalt supported catalysts in Al2O3, CeO2 and ZrO2 for hydrogen production from the steam and oxidative reforming

Maia, Thaísa Aparecida 05 June 2007 (has links)
Neste trabalho foram preparados e caracterizados catalisadores de cobalto suportados em y-Al2O3, CeO2, 20%CeO2-yAl2O3 e em soluções sólidas CexZr1-xO2 (0<= x<=1), pelo método de impregnação, com o objetivo de avaliar o desempenho destes frente à reforma a vapor e oxidativa do etanol. Na preparação dos catalisadores utilizou-se o teor de 20% em massa de cobalto, para os suportes y-Al2O3, CeO2 e 20%CeO2-y-Al2O3, e 10% para os suportes CexZr1-xO2. Para a caracterização dos sólidos, as técnicas utilizadas foram: Espectroscopia Dispersiva de Raios-X (EDX), Redução a Temperatura Programada com H2 (RTP-H2), Difração de Raios-X pelo método do pó (DRX), Adsorção de Nitrogênio pelo método B.E.T. e Espectroscopia na região do Ultravioleta e do Visível. As reações de reforma a vapor de etanol foram realizadas nas temperaturas de 400, 500 e 600oC com razões molares H2O/Etanol= 3/1 e 4/1. Já, os ensaios catalíticos de reforma oxidativa foram realizados a 500oC com razões molares H2O/Etanol/O2= 3/1/0,16 e 3/1/0,20. Através dos resultados de DRX e RTP-H2 verificou-se a formação da fase Co3O4 para todos os catalisadores. Para os catalisadores suportados em y-Al2O3 e 20%CeO2-y Al2O3 observou-se ainda a formação da fase CoO-Al2O3. Nos ensaios catalíticos de reforma a vapor do etanol foi verificado que as mais altas conversões do etanol em produtos e maiores seletividades a hidrogênio foram obtidas a 600oC e razão H2O/Etanol=3/1. A maior razão CO2/CO foi obtida a 500oC com o catalisador Co/Ce0,4Zr0,6O2. Observou-se também que a adição de oxigênio ocasionou uma diminuição na deposição de carbono. / Cobalt supported in yAl2O3, CeO2, 20%CeO2-yAl2O3 and CexZr1-xO2 (0<= x <= 1) solid solution, were prepared by impregnation and applied in steam and oxidative reforming of ethanol. In the preparation of the catalysts was used 20wt.% of cobalt with yAl2O3, CeO2 and 20%CeO2-yAl2O3 supports and 10wt.% with CexZr1-xO2 supports. The solids were characterized by X-Ray Dispersive Spectroscopy; Temperature Programmed of Reduction with H2 (TPR- H2); X-Ray Diffraction (XRD); Nitrogen Adsorption by B.E.T. method; Ultraviolet and Visible Spectroscopy. The ethanol steam reforming was carried out at 400, 500 and 600oC with molar rates H2O/Ethanol= 3/1 and 4/1. The ethanol oxidative reforming was carried out at 500 °C with molar rates H2O/Ethanol/O2 = 3/1/0.16 e 3/1/0.20. XRD and TPR-H2 results showed the formation of Co3O4 phase for all catalysts. For the catalysts supported in y-Al2O3 and 20%CeO2-y-Al2O3 was still observed the formation of the CoO-Al2O3 phase. In the ethanol steam reforming the higher conversion was obtained at 600°C and the best H2 selectivity was observed with the H2O/Etanol=3/1 molar ratio. The higher CO2/CO ratio was observed at 500oC with Co/Ce0,4Zr0,6O2 catalyst. Already, the addition of oxygen caused a decrease in the carbon deposition.
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Estudo ab initio da adsorção de átomos de zircônio sobre superfí­cies de óxido de cério: Zrn/CeO2(111) / Ab initio study of zirconium atons adsorption on cerium oxide surfaces: Zrn/CeO2(111)

Mucelini, Johnatan 19 July 2018 (has links)
Catalisadores baseados em óxidos de cério (CeOx, 3/2&le; x &le; 2) como suporte são utilizados em várias reações de alto interesse econômico, por exemplo as reações de catalizadores de três-vias. Sabe-se que é possível melhorar as propriedade catalíticas da céria, através da mistura com óxido de zircônio e com a adição de partículas metálicas na superfície do material. Entretanto, a deposição de átomos de Zr sobre CeO2(111) é pouco explorada apesar de já ter sido utilizada para a síntese de nanopartículas de Ag de tamanho controlado. Uma das particularidades dos sistemas Zr/CeO2(111) é formar ilhas altura entre 1,5 e 3,0 &Aring; sobre a superfície da céria que são sugeridas na literatura com camadas de Zr-O e O-Zr-O. Entretanto, a natureza e magnitudes das interações entre Zr e CeO2(111) ainda não são totalmente conhecidas, bem como as modificações causadas pelo Zr na superfície de CeO2 e os mecanismos que controlam a oxidação do Zr e a formação de ZrO2 na superfície. Visando entender as interações Zr/CeO2(111) e a formação de ZrO2 sobre CeO2(111), realizou-se um estudo teórico da adsorção de n (1 &le;n &le; 4) adatomos de Zr sobre CeO2(111), e da formação de ZrO2 sobre CeO2(111). As análises de carga indicam transferências de carga do adatomos de Zr para a superfície e mudança no estado de oxidação das espécies. Os Zr se oxidam á Zr4+ e interagem com O2- da superfície, onde quatro cátions Ce4+ se reduzem á Ce3+. Analises energéticas indicam que o processo é muito estabilizante, mais de 10 eV por Zr. Com o aumento da quantidade n de adatomos de Zr na superfície, observa-se 4 × n reduções de Ce4+ e migrações de O2- de dentro da superfície para próximo dos Zr4+, formando agregados de ZrO2 sobre a superfície. A migração de O se deve a dois fatores, a interação dos O2- com Zr4+ no agregado é mais estável do que a interação dos O2- com Ce3+ dentro da superfície, e a migração de O diminuir a tensão causada pelo maior raio do Ce3+ em relação ao Ce4+. Em adição, foi encontrado uma tendência de estabilidade para os Zr4+ migrarem para sítios Ce dentro da superfície, devido a maior quantidade de coordenações Zr-O e a redução da tensão criada pelos Ce3+. / Cerium oxides (CeOx, 3/2&le; x &le; 2) based catalysts are employed in several reactions with high economic interest, such as the reaction in three-way-catalysts. It is well know that is possible to improve the ceria catalytic properties, by mixing with zirconium oxide and adding metallic particles over the material surface. Meanwhile, the deposition of Zr atoms over CeO2(111) is little explored although it has already been used for synthesis Ag nanoparticles of controlled size. One of the particularities of the Zr/CeO2(111) systems is to form islands of height between 1,5 and 3,0 &Aring; on the surface of the ceria, which are suggested in the literature to be Zr-O and O-Zr-O layers. However, the nature and magnitudes of interactions between Zr and CeO2 surface are little know, as well as the CeO2 modifications induced by Zr and the mechanisms for Zr oxidation and ZrO2 formation over the surface. Aiming to understand the Zr-CeO2(111) interactions and the ZrO2 formation over the CeO2(111), this mastering project perform a theoretical study of n (1 &le; n &le; 4) Zr adatoms absorption over CeO2(111), and the ZrO2 formation over CeO2(111). The charge analysis indicated charge transfer from Zr adatons to the surface together with change in species oxidation state. The Zr oxidize to Zr4+ and interact with surface O2- , where four Ce4+ cations reduce to Ce3+. Energetic analysis pointed out that the process is very stabilizing, more than 10 eV per Zr adatom. With the increase of quantity n of Zr adatoms over the surface, it is observer 4 × n Ce4+ reductions and O2- migrations from inside surface to close the Zr4+, forming ZrO2 aggregates over the surface. The O migration occurs because of two reasons, the O2- interaction with Zr4+ in the agregate is more stabilizer than the interaction of O2- with Ce3+ inside the surface, and the O migration decrease the strain produced bue to the radius of Ce3+ being greater than the Ce4+ radius. In addition, was found a stability trend for Zr4+ to migrate to inside surface Ce sites, due of the more Zr-O coordinations and release of the strain induced by Ce3+.
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Estudo ab initio da adsorção de átomos de zircônio sobre superfí­cies de óxido de cério: Zrn/CeO2(111) / Ab initio study of zirconium atons adsorption on cerium oxide surfaces: Zrn/CeO2(111)

Johnatan Mucelini 19 July 2018 (has links)
Catalisadores baseados em óxidos de cério (CeOx, 3/2&le; x &le; 2) como suporte são utilizados em várias reações de alto interesse econômico, por exemplo as reações de catalizadores de três-vias. Sabe-se que é possível melhorar as propriedade catalíticas da céria, através da mistura com óxido de zircônio e com a adição de partículas metálicas na superfície do material. Entretanto, a deposição de átomos de Zr sobre CeO2(111) é pouco explorada apesar de já ter sido utilizada para a síntese de nanopartículas de Ag de tamanho controlado. Uma das particularidades dos sistemas Zr/CeO2(111) é formar ilhas altura entre 1,5 e 3,0 &Aring; sobre a superfície da céria que são sugeridas na literatura com camadas de Zr-O e O-Zr-O. Entretanto, a natureza e magnitudes das interações entre Zr e CeO2(111) ainda não são totalmente conhecidas, bem como as modificações causadas pelo Zr na superfície de CeO2 e os mecanismos que controlam a oxidação do Zr e a formação de ZrO2 na superfície. Visando entender as interações Zr/CeO2(111) e a formação de ZrO2 sobre CeO2(111), realizou-se um estudo teórico da adsorção de n (1 &le;n &le; 4) adatomos de Zr sobre CeO2(111), e da formação de ZrO2 sobre CeO2(111). As análises de carga indicam transferências de carga do adatomos de Zr para a superfície e mudança no estado de oxidação das espécies. Os Zr se oxidam á Zr4+ e interagem com O2- da superfície, onde quatro cátions Ce4+ se reduzem á Ce3+. Analises energéticas indicam que o processo é muito estabilizante, mais de 10 eV por Zr. Com o aumento da quantidade n de adatomos de Zr na superfície, observa-se 4 × n reduções de Ce4+ e migrações de O2- de dentro da superfície para próximo dos Zr4+, formando agregados de ZrO2 sobre a superfície. A migração de O se deve a dois fatores, a interação dos O2- com Zr4+ no agregado é mais estável do que a interação dos O2- com Ce3+ dentro da superfície, e a migração de O diminuir a tensão causada pelo maior raio do Ce3+ em relação ao Ce4+. Em adição, foi encontrado uma tendência de estabilidade para os Zr4+ migrarem para sítios Ce dentro da superfície, devido a maior quantidade de coordenações Zr-O e a redução da tensão criada pelos Ce3+. / Cerium oxides (CeOx, 3/2&le; x &le; 2) based catalysts are employed in several reactions with high economic interest, such as the reaction in three-way-catalysts. It is well know that is possible to improve the ceria catalytic properties, by mixing with zirconium oxide and adding metallic particles over the material surface. Meanwhile, the deposition of Zr atoms over CeO2(111) is little explored although it has already been used for synthesis Ag nanoparticles of controlled size. One of the particularities of the Zr/CeO2(111) systems is to form islands of height between 1,5 and 3,0 &Aring; on the surface of the ceria, which are suggested in the literature to be Zr-O and O-Zr-O layers. However, the nature and magnitudes of interactions between Zr and CeO2 surface are little know, as well as the CeO2 modifications induced by Zr and the mechanisms for Zr oxidation and ZrO2 formation over the surface. Aiming to understand the Zr-CeO2(111) interactions and the ZrO2 formation over the CeO2(111), this mastering project perform a theoretical study of n (1 &le; n &le; 4) Zr adatoms absorption over CeO2(111), and the ZrO2 formation over CeO2(111). The charge analysis indicated charge transfer from Zr adatons to the surface together with change in species oxidation state. The Zr oxidize to Zr4+ and interact with surface O2- , where four Ce4+ cations reduce to Ce3+. Energetic analysis pointed out that the process is very stabilizing, more than 10 eV per Zr adatom. With the increase of quantity n of Zr adatoms over the surface, it is observer 4 × n Ce4+ reductions and O2- migrations from inside surface to close the Zr4+, forming ZrO2 aggregates over the surface. The O migration occurs because of two reasons, the O2- interaction with Zr4+ in the agregate is more stabilizer than the interaction of O2- with Ce3+ inside the surface, and the O migration decrease the strain produced bue to the radius of Ce3+ being greater than the Ce4+ radius. In addition, was found a stability trend for Zr4+ to migrate to inside surface Ce sites, due of the more Zr-O coordinations and release of the strain induced by Ce3+.
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Desenvolvimento de catalisadores de cobalto suportados em matrizes de Al2O3,CeO2, e ZrO2 para produção de hidrogênio a partir da reforma a vapor e oxidativa do etanol / Development of cobalt supported catalysts in Al2O3, CeO2 and ZrO2 for hydrogen production from the steam and oxidative reforming

Thaísa Aparecida Maia 05 June 2007 (has links)
Neste trabalho foram preparados e caracterizados catalisadores de cobalto suportados em y-Al2O3, CeO2, 20%CeO2-yAl2O3 e em soluções sólidas CexZr1-xO2 (0<= x<=1), pelo método de impregnação, com o objetivo de avaliar o desempenho destes frente à reforma a vapor e oxidativa do etanol. Na preparação dos catalisadores utilizou-se o teor de 20% em massa de cobalto, para os suportes y-Al2O3, CeO2 e 20%CeO2-y-Al2O3, e 10% para os suportes CexZr1-xO2. Para a caracterização dos sólidos, as técnicas utilizadas foram: Espectroscopia Dispersiva de Raios-X (EDX), Redução a Temperatura Programada com H2 (RTP-H2), Difração de Raios-X pelo método do pó (DRX), Adsorção de Nitrogênio pelo método B.E.T. e Espectroscopia na região do Ultravioleta e do Visível. As reações de reforma a vapor de etanol foram realizadas nas temperaturas de 400, 500 e 600oC com razões molares H2O/Etanol= 3/1 e 4/1. Já, os ensaios catalíticos de reforma oxidativa foram realizados a 500oC com razões molares H2O/Etanol/O2= 3/1/0,16 e 3/1/0,20. Através dos resultados de DRX e RTP-H2 verificou-se a formação da fase Co3O4 para todos os catalisadores. Para os catalisadores suportados em y-Al2O3 e 20%CeO2-y Al2O3 observou-se ainda a formação da fase CoO-Al2O3. Nos ensaios catalíticos de reforma a vapor do etanol foi verificado que as mais altas conversões do etanol em produtos e maiores seletividades a hidrogênio foram obtidas a 600oC e razão H2O/Etanol=3/1. A maior razão CO2/CO foi obtida a 500oC com o catalisador Co/Ce0,4Zr0,6O2. Observou-se também que a adição de oxigênio ocasionou uma diminuição na deposição de carbono. / Cobalt supported in yAl2O3, CeO2, 20%CeO2-yAl2O3 and CexZr1-xO2 (0<= x <= 1) solid solution, were prepared by impregnation and applied in steam and oxidative reforming of ethanol. In the preparation of the catalysts was used 20wt.% of cobalt with yAl2O3, CeO2 and 20%CeO2-yAl2O3 supports and 10wt.% with CexZr1-xO2 supports. The solids were characterized by X-Ray Dispersive Spectroscopy; Temperature Programmed of Reduction with H2 (TPR- H2); X-Ray Diffraction (XRD); Nitrogen Adsorption by B.E.T. method; Ultraviolet and Visible Spectroscopy. The ethanol steam reforming was carried out at 400, 500 and 600oC with molar rates H2O/Ethanol= 3/1 and 4/1. The ethanol oxidative reforming was carried out at 500 °C with molar rates H2O/Ethanol/O2 = 3/1/0.16 e 3/1/0.20. XRD and TPR-H2 results showed the formation of Co3O4 phase for all catalysts. For the catalysts supported in y-Al2O3 and 20%CeO2-y-Al2O3 was still observed the formation of the CoO-Al2O3 phase. In the ethanol steam reforming the higher conversion was obtained at 600°C and the best H2 selectivity was observed with the H2O/Etanol=3/1 molar ratio. The higher CO2/CO ratio was observed at 500oC with Co/Ce0,4Zr0,6O2 catalyst. Already, the addition of oxygen caused a decrease in the carbon deposition.
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Fuel Reforming for Hydrogen Production in Heavy-Duty Vehicle Applications

Granlund, Moa. Z. January 2015 (has links)
The depletion of fossil fuels together with growing environmental concerns have created incitement for developing a more energy-efficient and environmentally-friendly vehicle fleet. The development towards cleaner heavy-duty vehicles started already in the 80’s with the introduction of emission legislations. Initially, engine optimization was enough for reaching the legislated levels of emissions. However, at present engine optimization is not enough but exhaust aftertreatment has become an essential part of heavy-duty vehicles, in order to meet the emission standards. Today, the total emissions are targeted which means that there is an interest in decreasing the idling emissions as well as the emissions during operation. To reduce the overall emissions several states in the USA have introduced idling legislations. Due to the limitations in idling time alternative solutions for power generation during rests are requested. A possible alternative is a fuel cell auxiliary power unit, combining a fuel cell with a fuel reformer (FC-APU).  The focus of this thesis is the development of the fuel reformer for an FC-APU, in which the hydrogen to the fuel cell is generated from diesel in a high-temperature catalytic process. The produced hydrogen can also be used in other heavy-duty vehicle applications i.e. selective catalytic reduction of NOx (HC-SCR), where addition of hydrogen is essential for reaching high conversion at low temperatures. The effect of using hydrogen from a fuel reformer in HC-SCR is included in this work. The catalytic material development is focused on developing promoted materials with lower rhodium content but with catalytic activity comparable to that of materials with higher rhodium content. This includes evaluation and extensive characterization of both fresh and aged promoted materials. The work also includes reactor design where a micro reactor with multiple air inlets is evaluated. This work has contributed to increased knowledge of catalytic materials suitable for reforming of diesel. By changing the support material from the traditionally used alumina to ceria-zirconia, increased H2 yield was achieved. In addition, the ceria-zirconia supported material was less prone to coke. By promoting the material with cobalt or lanthanum it was possible to decrease the rhodium content by 2/3 with enhanced catalytic performance. It was also discovered that promotion with lanthanum decreased the tendency for coking even further. Additionally, the lanthanum-promoted material had higher thermal stability as well as a stable highly dispersed rhodium phase. Furthermore, the work has contributed to an increased knowledge concerning the fuel reformer’s effect on HC-SCR. The work displays clear evidence of benefits with using hydrogen-rich gas from a fuel reformer instead of pure hydrogen. The benefits are derived from the content of low molecular weight hydrocarbons present in the hydrogen-rich gas, which are strong reducing agents increasing the NOx reduction. This finding proves that fuel reforming in combination with HC-SCR is a viable option for NOx abatement. / <p>QC 20150202</p>
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Catalisadores de Fe2O3, NiO e Fe2O3 - NiO Suportados in situ em Ce0,5Zr0,5O2 e Ce0,2Zr0,8O2 – Avaliação na Redução de NO com CO

Souza, Bruna Gonçalves de 28 March 2014 (has links)
Submitted by Izabel Franco (izabel-franco@ufscar.br) on 2016-09-19T19:41:33Z No. of bitstreams: 1 DissBGS.pdf: 2899470 bytes, checksum: a3a468cd5c6b79bbc4f8adf4720788bd (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-20T14:03:37Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissBGS.pdf: 2899470 bytes, checksum: a3a468cd5c6b79bbc4f8adf4720788bd (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-20T14:03:44Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissBGS.pdf: 2899470 bytes, checksum: a3a468cd5c6b79bbc4f8adf4720788bd (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-20T14:03:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissBGS.pdf: 2899470 bytes, checksum: a3a468cd5c6b79bbc4f8adf4720788bd (MD5) Previous issue date: 2014-03-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / The increasing use of fossil fuels in combustion enginees and power generation plants has caused a large increase in the emission of sulfur oxides, nitrogen oxides (NOx) and carbon monoxide into the atmosphere which creates serious environmental problems. Catalytic processes are used in the abatement of NOx and a promising alternative is the reduction of NOx using CO as reducing agent on catalysts containing supported transition metal oxides. Taking this into account, the aim of this study was to prepare catalysts based on Fe2O3, NiO or Fe2O3-NiO supported on ceria-zirconia (molar ratios Ce:Zr equal to 1:1 and 1:4), incorporating the metal precursor salt in the sun of the support (in situ addition). The results of XRD data, Rietveld refinement and TEM indicated the formation of a solid solution CeO2-ZrO2 with cubic structure fluorite type; furthermore, it was not observed diffraction peaks of intense X-ray of Fe or Ni oxide as a consequence of a proper distribution of these oxides in the supports. The addition of Fe2O3 and/or NiO led to a decrease of the average crystallite size, causing an increase in SBET of the catalysts compared to the pure support. N2 physisorption measurements showed that the catalysts showed significant mesoporosity, which was attributed to the addition of Tween 80 during the sol-gel preparation, moreover, RTPH2 results confirm that the Fe2O3 reduction occurs at lower temperatures in the presence NiO. In addition, the catalysts showed satisfactory performance in the reduction of NO to N2 with CO, suggesting that the sol-gel method is adequate in their preparation. Furthermore, the catalyst 0,90Fe - 1Ce:1Zr reached the highest values of CO conversion to CO2 and NO to N2 at lower temperatures. The Fe2O3 catalysts were more selective to N2 formation compared to those containing NiO. In conclusion, the conversion NO to N2 was significantly affected when in contact with O2 and H2O interferences; however, this conversion did not change significantly in the presence of SO2. The catalysts showed a more significant reduction in conversion of NO to N2 when evaluated in the simultaneous presence of O2, SO2 and H2O. / O crescente uso de combustíveis fósseis em motores de combustão e usinas de geração de energia vem causando um grande aumento na emissão de óxidos de enxofre, óxidos de nitrogênio (NOx) e monóxido de carbono na atmosfera, o que gera sérios problemas ambientais. No abatimento de NOx, em particular, utiliza-se processos catalíticos e uma alternativa promissora é a redução dos NOx utilizando CO como agente redutor sobre catalisadores à base de óxidos de metais de transição suportados. Nessa direção, a pesquisa teve por objetivo preparar catalisadores à base de Fe2O3, NiO ou Fe2O3-NiO suportados em céria-zircônia (proporções molares entre Ce e Zr iguais a 1:1 e 1:4), incorporando o sal precursor do metal no sol do suporte (adição in situ). Dados de DRX e MET indicaram a formação de uma solução sólida CeO2-ZrO2 com estrutura cúbica tipo fluorita, não se observando picos de difração de raios X intensos dos óxidos de Fe ou Ni, o que foi interpretado como uma consequência de uma adequada distribuição desses óxidos nos suportes. Os resultados do refinamento de Rietveld confirmaram os dados de DRX, indicando uma composição mássica baixa para os óxidos de Fe e/ou Ni. A adição de Fe2O3 e/ou NiO levou à uma diminuição do tamanho médio de cristalitos, causando um aumento na SBET dos catalisadores em relação ao suporte puro. Medidas de fisissorção de N2 mostraram que os catalisadores apresentaram mesoporosidade considerável, que foi atribuída à adição de Tween 80 durante a preparação sol-gel, além do mais, resultados de RTP-H2 corroboraram que a redução de Fe2O3 ocorre em temperaturas menores quando na presença de NiO. Os catalisadores apresentaram comportamento satisfatório na redução de NO a N2 com CO, indicando que o método sol-gel se mostrou adequado na sua preparação, sendo o sólido 0,90Fe - 1Ce:1Zr o que atingiu maiores valores de conversão de CO a CO2 e de NO a N2 em menores temperaturas. Em comparação aos catalisadores de NiO, os de Fe2O3 foram mais seletivos à formação de N2. Quando em contato com os interferentes O2 e H2O, a conversão NO a N2 foi consideravelmente afetada e na presença de SO2, essa conversão não se alterou significativamente. Quando avaliados na presença simultânea de O2, SO2 e H2O, os catalisadores apresentaram quedas de conversão de NO a N2 mais consideráveis.
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Mise au point d'un catalyseur performant pour la chaîne de procédé Power-to-Methane et étude cinétique / Development of an efficient catalyst for the process chain Power-to-Methane and kinetic study

Waldvogel, Audrey 22 December 2017 (has links)
Le contexte environnemental (réchauffement climatique) et politique (augmentation du parc EnR) entraîne une mutation du paysage énergétique français. Le méthane de synthèse est présenté comme un vecteur énergétique permettant le stockage et le transport de l’électricité renouvelable en surproduction tout en recyclant le CO2 (Power-to-Methane). Un des objectifs de la thèse est de développer un catalyseur actif en co-méthanation d’un mélange post co-électrolyse H2/CO/CO2/H2O/CH4 (projet ANR CHOCHCO). Le catalyseur synthétisé est de type Ni/CZP. L’optimisation de la synthèse coprécipitation par l’utilisation combinée du sel précipitant (NH4)2CO3 et du tensioactif CTAB a mené à un catalyseur performant (absence de poison alcalin et augmentation de la surface spécifique) capable de produire du CH4 à basse température (250 °C) avec un rendement élevé. Le catalyseur a montré une résistance satisfaisante à la désactivation par dépôt de carbone et par frittage, indispensable pour le fonctionnement intermittent du procédé. Un modèle cinétique, de type Langmuir-Hinshelwood, a pour la première fois été développé sur un catalyseur de type Ni/CZP. / The environmental (global warming) and political (increase of the renewable electric farm) context leads to a mutation of the French energy landscape. Synthetic methane is presented as a energy carrier for storing and transporting renewable electricity in overproduction while recycling CO2, a process called Power-to-Methane. One of the objectives of the thesis is to develop an active catalyst for the co-methanation of a post-co-electrolysis mixture H2/CO/CO2/H2O/CH4 (CHOCHCO ANR project). A Ni/CZP type catalyst was synthesized in this purpose. The optimization of the coprecipitation synthesis by the combination of the precipitating salt (NH4)2CO3 and the surfactant CTAB has led to a high performance catalyst (absence of alkaline poison and increase of the specific surface area) able to produce CH4 at low temperature (250 °C) with a high yield. The catalyst showed a satisfactory resistance to carbon deposition and sintering deactivation, which is a key point for the intermittent operating conditions of the process. A kinetic model, of the Langmuir-Hinshelwood type, was developed for the first time on a Ni/CZP type catalyst.

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