Made available in DSpace on 2014-10-09T12:48:42Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:59:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 09305.pdf: 5404217 bytes, checksum: 19eda8ad49f8cd247304fef0fb69c1bc (MD5) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:52:50Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:02:02Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:41:53Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:09:30Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP / FAPESP:11/05408-2

In the present study, the behavior of La1-xCexNiO3 (x = 0; 0.05 and 0.10) perovskite-type oxides catalysts was investigated, acting as catalysts, in reactions of dry reforming of methane (DRM) and biogas reforming (BR). The catalysts were synthesized by sol-gel method (or citrate) and by combustion with urea. Later, they were structurally evaluated and studied on the catalytic performance. The synthesized perovskite-type oxides were characterized by X-ray diffraction, nitrogen adsorption temperature programmed reduction and thermal gravimetric analysis. The catalysts showed low values of specific area (< 10 m2 g-1). The LaNiO3 phase present in all the calcined samples was converted into La2O3, Ni0 and La(OH)3 after reduction, keeping the phase CeO2 in the doped samples with cerium. It was observed more evident La(OH)3 phase in the samples synthesized by combustion method. The average crystallite sizes, on the main stage LaNiO3, remained between 13 to 17 nm. La0,90Ce0,10NiO3 synthesized by combustion had the lowest average crystallite size whereas La0, 95Ce0,05NiO3 and La0,90Ce0,10NiO3 synthesized by sol-gel method has the highest value. The sol-gel method produced NiO grains (20-25 nm) smaller than those produced by the combustion method (31 - 38 nm). But for all samples is observed a decrease in average Ni0 grain sizes after reduction. In the samples synthesized by combustion method the mean Ni0 crystallite size were similar (20, 19 and 21 nm), whereas the values increased with Ce addition (13 21 nm) in the samples synthesized by sol-gel method. All samples with 1:9 dilution (catalyst/ inert SiC) were active, stable and resistant to deactivation by coke deposition after 24 h of DRM and BR reactions, but with molar ratio H2/CO < 1. The La0,90Ce0,10NiO3 catalyst synthesized by sol-gel method, with 1:1 dilution (catalyst/ inert SiC) showed the greatest resistance to the carbon formation (1,06 mg Carbon / gcat h). The catalysts synthesized by the combustion method, when 1:9 diluted, showed TOFCH4 values between 13 - 16 in the DRM and between 15 - 19 in BR, with molar ratio H2/CO next 1. The catalysts synthesized by combustion method, with 1:1 dilution (catalyst/inert SiC) were more active (TOFCH4 8 13 h-1) in BR reaction than the catalysts synthesized by sol-gel method (TOFCH4 3 4 h-1). The lower values for the stoichiometric H2/CO <1 indicate favoring the reverse reaction of water-gas shift in catalytic tests, supported by the fact that higher CO2 conversion in all reactions usin catalysts with 1:9 dilution. There was a molar ratio H2/CO increase in the RB, especially when used as the catalyst with 1:1 dilution (catalyst/inert SiC), indicating that reverse water-gas shift reaction is less favored when feed CH4: CO2 = 2 and using a larger amount of catalyst. / No presente trabalho, foi avaliado o comportamento de óxidos do tipo perovskitas La1-xCexNiO3 (x = 0; 0,05 e 0,10), atuando como catalisadores, frente às reações de reforma seca do metano (RSM) e reforma de biogás (RB). Os catalisadores foram sintetizados pelo método sol-gel (ou citrato) e pelo método de combustão com uréia. Posteriormente, foram avaliados estruturalmente e quanto ao seu desempenho catalítico. Os precursores catalíticos foram caracterizados por difração de raios X, medidas de área específica BET, redução a temperatura programada e análise termogravimétrica. Todos os catalisadores apresentaram baixos valores de área específica (< 10 m2 g-1). A fase principal LaNiO3, presente em todas as amostras calcinadas, foi convertida em La2O3, Ni0 e La(OH)3 após redução, sendo observada a fase CeO2 nas amostras dopadas com cério. A presença da fase La(OH)3 foi mais evidente nas amostras sintetizadas pelo método de combustão. Os tamanhos médios de cristalito, referentes à fase principal LaNiO3, se mantiveram entre 13 17 nm. A amostra La0,90Ce0,10NiO3 sintetizada pelo método de combustão apresentou o menor tamanho médio de cristalito enquanto que as amostras La0,95Ce0,05NiO3 e La0,90Ce0,10NiO3 sintetizadas pelo método sol-gel tem o maior valor. O método sol-gel produziu tamanhos médios de cristalito do NiO (20 25 nm) menores do que os produzidos pelo método de combustão (31 38 nm). Porém, para todas as amostras, é observada uma diminuição nos tamanhos médios de cristalito de Ni0 após a redução/passivação. Nas amostras sintetizadas pelo método de combustão os tamanhos médios de cristalito do Ni0 foram semelhantes (20, 19 e 21 nm), enquanto que nas amostras sintetizadas por sol-gel os valores cresceram com a adição de Ce (13 21 nm). Todas as amostras com diluição de 1:9 (catalisador/inerte SiC) foram ativas, estáveis e resistentes à desativação pela deposição de coque após as 24 h das reações RSM e RB, porém com razão molar H2/CO < 1. O catalisador La0,90Ce0,10NiO3 sintetizado pelo método sol-gel, com diluição 1:1 (catalisador/inerte SiC) apresentou a maior resistência à formação de carbono (1,06 mg Carbono / gcat h). Os catalisadores sintetizados pelo método de combustão, quando diluídos 1:9 (catalisador/inerte SiC), apresentaram valores de TOFCH4 entre 13 16 h-1 na RSM e entre 15 - 19 h-1 na RB com razões molares H2/CO próximas de 1. Os catalisadores sintetizados pelo método de combustão com diluição de 1:1 (catalisador/inerte SiC) se mostraram mais ativos (TOFCH4 8 13 h-1) na RB do que os catalisadores sintetizados pelo método sol-gel (TOFCH4 3 4 h-1). Os valores menores que o estequiométrico para H2/CO < 1 indicam o favorecimento da reação reversa de deslocamento gás-água nos testes catalíticos, fato suportado pela maior conversão de CO2 em todas as reações utilizando catalisadores com diluição 1:9. Na condição de RB houve um aumento da razão molar H2/CO, especialmente quando forma utilizados os catalisadores com diluição 1:1 (catalisador/inerte SiC), indicando que reação reversa de deslocamento gás-água é menos favorecida quando a razão de alimentação é de CH4:CO2 = 2 e utilizando uma maior quantidade de catalisador. / Mestre em Engenharia Química

Este trabalho descreve um estudo sistemático da influência da adição do átomo de lantânio na estrutura da fase Bi4Ti3O12 (BIT) e do átomo érbio na fase Bi3,25La0,75Ti3O12 (BLT075) no que tange seu processo de síntese e suas propriedades estruturais, microestruturais e elétricas. Cerâmicas de composição nominal Bi4-xLaxTi3O12 (BLTx) com 0 x 2 mol % e Bi3,25La0,75Ti3O12 (BLT075) com substituição no sítio do La3+ (BLExT) e no sítio do Ti4+ (BLTEx) com 0 x 0,06 mol %, foram preparadas através do método de síntese por reação do estado sólido. Os dados de difração de raios X (DRX) das amostras BLTx mostram a formação de uma solução sólida para todas as amostras, exceto para amostra contendo 2 mol% de La3+. Verificou-se que a adição de La3+ leva a um aumento da temperatura de sinterização e diminui o tamanho médio dos grãos, alterando sua morfologia de grão na forma de placas para uma forma mais esférica. Quanto às propriedades dielétricas, amostras BLTx com x 1 mol% apresentam um comportamento característico de um ferroelétrico normal, enquanto que quando x > 1 mol%, observa-se um pequeno deslocamento da temperatura de máximo da permissividade dielétrica (Tm) com a freqüência, indicando a existência de um comportamento típico de materiais ferroelétricos relaxores. Os resultados de espectroscopia Raman sugerem que os íons La3+ tendem a ocupar preferencialmente o sítio do Bi3+ das camadas peroviskitas quando x < 1,0 mol %, enquanto que quando x >1,0 mol %, o processo de incorporação também ocorre no sítio do Bi3+ nas camadas de Bi2O2. De acordo com a analise dos espectros XANES e XPS, a estrutura local e eletrônica dos átomos de Ti, Bi e La, não são afetadas de forma significativa pela adição de lantânio.Em relação às amostras dos sistemas BLExT e BLTEx, os dados de DRX mostram somente a presença de fases secundárias nas composições x= 0,04 e 0,06 mol% do sistema no BLTEx. A sinterização à 1115oC possibilitou obter amostras apresentando uma densidade relativa superior a da amostra não dopada BLT075. A adição de Er3+ causa mudanças na morfologia, diminuindo o tamanho médio dos grãos no sistema BLExT e aumentando no sistema BLTEx. Através de medidas elétricas, foi observado um decréscimo no valor Tm em ambos os casos. Quando x > 0,02 mol%, o comportamento de Tm é dominado pelo limite de solubilidade para o sistema BLExT. De acordo com os dados de XAS, a estrutura local e eletrônica dos átomos de Ti e Er não são afetadas de forma significativa pela adição de érbio. / This work describes a systematic study of the influence of the lanthanum atom addition in the Bi4Ti3O12 (BIT) phase and the erbium atom addition in the Bi3,25La0,75Ti3O12 (BLT075) phase in terms of their synthesis process and its structural, microstructural and electrical properties. Ceramics of nominal composition Bi4-xLaxTi3O12 (BLTx) with 0 x 2 mol% and Bi3,25La0, 75Ti3O12 (BLT075) with Er3+ replacing the La3+ atoms (BLExT) and replacing Ti4+ atoms (BLTEx) with 0 x 0, 06 mol%, were prepared by the solid state reaction method. X-ray diffraction (XRD) data of BLTx samples shows the formation of a solid solution for all samples, except for sample containing 2 mol% of La3+. It was found that the addition of La3+ leads to an increase in the sintering temperature, a decrease in the average size of grains and a modification on the grain from plates to a more spherical morphology. The dielectric properties of BLTx samples with x 1 mol% show a behavior characteristic of a normal ferroelectric whereas when x> 1 mol%, there is a small displacement of the temperature of maximum dielectric permittivity (Tm) with the frequency, indicating the existence of a typical behavior of a relaxor ferroelectric material. The Raman spectroscopy results suggest that La3+ ions tend to preferentially occupy the Bi3+ site in the peroviskite layer when x <1.0 mol%, whereas when x> 1.0 mol%, the process of incorporation occurred also in the Bi3+ site of the Bi2O2 layer. According to the analysis of XANES and XPS spectra, the local structure of atoms and electronic structure of Ti, Bi and La atoms of BLTx samples are not affected significantly by the addition of lanthanum. For samples of BLExT and BLTEx systems, the XRD data shows only the presence of a secondary phase in the x = 0.04 and 0.06 mol% compositions of the BLTEx system. The sintering at 1115 °C allowed to obtain samples presenting a relative high density than the sample BLT075 undoped sample. The addition of Er3+ induces significative changes in grain morphology by decreasing the average size of grains in the BLExT system and by increasing the BLTEx system. Through electrical measurements, it was observed a decrease in the Tm value in both cases. In the BLExT system, when x> 0.02 mol%, the behavior of Tm is dominated by the solubility limit. According to the XAS data, the local and electronic structure of Ti and Er atoms are not affected significantly by the addition of erbium.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:53:18Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:59:02Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / O compósito de manganito de lantânio dopado com estrôncio (La1-xSrxMnO3 - LSM) e zircônia estabilizada com ítria (ZrO2/Y2O3 - YSZ), tem sido indicado como catodo das células a combustível de óxido sólido, por apresentar melhor desempenho como eletrodo catódico na região da tripla fase reacional (TRIPLE PHASE BOUNDARY - TPB), formada na interface entre eletrólito e eletrodo. Para as temperaturas superiores a 1100 °C, o LSM e o YSZ podem-se reagir formando-se zirconatos de lantânio (La2Zr2O7 - LZO) e zirconatos de estrôncio (SrZrO3 - SZO). Neste sentido, o presente trabalho pretende contribuir no estudo da formação das fases LZO e SZO, estudando diferentes proporções mássicas entre LSM e YSZ e temperaturas de sinterização variando-se entre 1000 °C e 1400 °C. Para obtenção dos pós precursores foram adotadas as rotas de co-precitação para a obtenção do YSZ e mistura convencional de pós para preparação de LSM. Para a preparação do compósito LSM/YSZ, as composições químicas do LSM sintetizado neste trabalho foram para as duas concentrações 30 e 40 % mol de Sr (LSM7 e LSM6) e para YSZ 10 % mol de ítria. Os resultados obtidos por fluorescência de raios X mostraram que as rotas adotadas para síntese de pós foram eficazes na obtenção das composições LSM6, LSM7 e YSZ, com valores próximos aos estequiométricos. As proporções mássicas estudadas foram: 50 % de LSM e 50 % de YSZ (1:1), 25 % de LSM e 75 % de YSZ (1:3) e 75 % de LSM e 25 % de YSZ (3:1). Tais proporções de misturas foram conformadas e submetidas a diferentes condições de temperaturas e tempos de sinterização: 1000 °C, 1200 °C, 1300 °C, 1350 °C e 1400 °C, por 4 e 8 horas. Tanto os valores de tamanho médio das partículas como os valores da área de superfície específica para a mistura de LSM6/YSZ e LSM7/YSZ, após a mistura em um moinho atritor e em diferentes proporções mássicas, são da mesma ordem de grandeza. Na análise por difração de raios X dos compósitos LSM6/YSZ e LSM7/YSZ preparados na proporção 1:1 submetidos às temperaturas a 1200 ºC e a 1400 ºC por 4 horas, verificou-se que não há formação de fases secundárias tais como LZO e SZO. Para estas amostras sinterizadas nestas duas temperaturas, o valor da porosidade obtida é maior para a amostra sinterizada a 1200 ºC. Para as amostras LSM6/YSZ e LSM7/YSZ, com proporções mássicas de 1:3, 1:1 e 3:1, sinterizadas a 1300 °C e 1350 °C, por 8 horas, observou-se o aparecimento de fases de LZO e SZO. Verificou-se também que as intensidades destas fases são maiores para proporção mássica de 3:1, ou seja, para amostras contendo 75 % em massa de LSM no compósito. Para preparação de filmes finos do compósito LSM/YSZ para células a combustível do tipo SOFC, de acordo com as condições adotadas neste trabalho, a temperatura de sinterização adequada é de 1200 °C por tempo abaixo ou igual a 8 horas, sendo que, em tais condições não há formação de fases secundárias como LZO e SZO. / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:48:42Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:59:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 09305.pdf: 5404217 bytes, checksum: 19eda8ad49f8cd247304fef0fb69c1bc (MD5) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:34:06Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:00:10Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Diversos anodos para célula a combustível de óxido sólido (SOFC) têm sido estudados devido aos problemas de deterioração dos anodos tradicionalmente usados, os compósitos à base de zircônia estabilizada/Ni (YSZ/Ni). Estudos prévios evidenciaram que a perovskita La0,75Sr0,25Cr0,50Mn0,50O3 (LSCM) possui desempenho similar em SOFCs usando hidrogênio e metano como combustível, tornando essa cerâmica um possível substituto dos compósitos à base de níquel. No presente estudo, foram sintetizados compostos La0,75Sr0,25Cr0,50-xMn0,50- yRux,yO3 (LSCM-Ru) pelo método dos precursores poliméricos. Análises termogravimétrica e térmica diferencial (TG/ATD) simultâneas e difração de raios X (DRX) foram utilizadas para monitorar a evolução térmica das resinas precursoras e a formação de fase dos compostos. As propriedades elétricas de amostras sinterizadas foram estudadas pela técnica de 4 pontas de prova dc na faixa de temperatura entre 25 °C e 800 °C. Os resultados experimentais indicaram a formação de fase única dos compostos LSCM-Ru calcinados a ~1200 °C. Os parâmetros de rede, calculados a partir dos dados de DRX, revelaram que a substituição parcial dos íons Cr ou Mn pelo Ru não altera significativamente a estrutura cristalina do LSCM até x,y ~ 0,10; uma característica consistente com os raios iônicos similares dos cátions Cr, Mn e Ru com número de coordenação seis. Medidas de resistividade elétrica ao ar mostraram que o mecanismo de transporte não é alterado e que o efeito da substituição de Ru nas propriedades elétricas do composto depende do íon substituído (Cr ou Mn) de maneira consistente com suas substituições parciais. Os testes de SOFCs unitárias revelaram que células com os anodos constituídos por uma camada coletora de corrente do anodo cerâmico LSCM-Ru e uma camada funcional de YSZ/Ni têm desempenho superior a células contendo apenas o anodo cerâmico. As células contendo os anodos cerâmicos LSCM-Ru foram testadas em hidrogênio e etanol, entre 800 °C e 950 °C, e mostraram desempenho em etanol superior ao em hidrogênio; uma característica que foi associada às propriedades de transporte eletrônico dos compostos LSCM-Ru em atmosfera redutora. Os resultados sugerem que os compostos LSCM com substituição parcial de Ru são anodos promissores para SOFC operando com etanol. / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:52:50Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:02:02Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / O cromito de lantânio (LaCrO3) é atualmente o material mais indicado e estudado para utilização como interconector em células a combustível de óxido sólido (HTSOFC). Devido às várias configurações possíveis para este tipo de célula e a complexidade de formas, a utilização de técnicas de conformação envolvendo suspensões cerâmicas concentradas torna-se adequada, pois, se bem controladas, auxiliam na obtenção de peças homogêneas, reprodutivas e de geometrias complexas. Deste modo, os estudos envolvendo o comportamento superficial, as condições de estabilidade das suspensões e o comportamento frente às condições de conformação, ou seja, quanto ao escoamento, fornecem importantes subsídios para controle dos processos na fabricação dos interconectores, onde as configurações mais aplicadas apresentam sulcos e canais para a passagem dos gases. Desta forma realizou-se estudos sobre o comportamento superficial, de estabilidade e reológico de suspensões preparadas com água e etanol, a partir do LaCrO3 dopado com estrôncio e cobalto (La0,80Sr0,20Cr0,92Co0,08O3), sintetizados no IPEN/SP, pela rota de síntese por combustão. A influência dos parâmetros: pH (água), concentração de dispersante, tempos e condições de homogeneização, concentração de sólidos, distintas relações ligante:plastificante, na estabilidade e no comportamento ao fluxo das suspensões cerâmicas preparadas, foram avaliadas. As peças de La0,80Sr0,20Cr0,.92Co0,08O3, obtidas por colagem em moldes porosos a partir de suspensões aquosas utilizando-se pH alcalino e polieletrólito aniônico e, as fitas obtidas utilizando-se etanol como meio dispersor após sinterização a 1600ºC/4 horas apresentaram densidade teórica > 94%, adequadas para utilização como interconector em HTSOFC. / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:41:29Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:03:18Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Neste trabalho, foi investigado o processo de crescimento de fibras monocristalinas (FMc) para aplicação em sistemas laser. Para o aperfeiçoamento na fabricação de FMc de fluoretos, foi projetada e construída uma nova câmara de crescimento para um forno comercial de micro-pulling down (&mu;-PD), permitindo um rígido controle da atmosfera de processamento, (sob vácuo, fluxo e atmosferas estáticas). Paralelamente, foi investigado o processo de crescimento de FMc de molibdatos duplos de terras raras, sendo crescidas e caracterizadas fibras puras e dopadas com Nd3+ do composto LiLa(MoO4)2 (LLM) com concentrações na faixa de 0,5 a 10mol%. A câmara de crescimento projetada para o controle de atmosfera foi avaliada em diversas condições de operação. Em particular, a mesma foi testada com o puxamento de fibras de LiF, sob atmosfera de CF4, para observação da sua eficiência no controle da atmosfera de crescimento. Foram obtidas FMc de LLM, homogêneas e transparentes; nas fibras puras foi observada a presença de facetas, entretanto, a adequação dos parâmetros de crescimento e a adição de dopantes permitiu a redução significativa destes defeitos. A difração de raios-x mostrou a cristalização no grupo espacial I41/a; medidas de tomografia por coerência ótica permitiram a detecção de centros de espalhamento em regiões onde ocorreram instabilidades no processo de crescimento. Foi possível observar que o coeficiente de segregação do íon Nd3+ é próximo à unidade nesta matriz. O ganho potencial para ação laser foi determinado utilizando-se uma solução numérica das equações de taxa do sistema em 805nm e regime CW. O ganho máximo da emissão laser em 1,064 &mu;m foi previsto para a dopagem de 5% mol Nd3+. / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP