O uso do óxido de nióbio como promotor e como suporte tem sido investigado em numerosas aplicações catalíticas, tais como, na oxidação seletiva, conversão de hidrocarbonetos, polimerização, eliminação de poluentes (NOx), desidrogenação, etc. Sabe-se que a adição de nióbio na γ-Al2O3 melhora a acidez, a seletividade e a estabilidade térmica e, conseqüentemente, a atividade catalítica desses materiais. A atividade catalítica dos sistemas contendo nióbia suportada é decorrente das diferentes espécies redox do óxido de nióbio presentes nas superfícies do sólido. O presente trabalho tem como objetivo avaliar a influência do teor de nióbio e vanádio no sistema catalítico V2O5/Nb2O5-Al2O3 na reação de desidrogenação oxidativa do propano. A fim de alcançar o objetivo deste trabalho, as seguintes técnicas de caracterização foram utilizadas: volumetria de N2 (área específica e volume de poros), redução a temperatura programada, difratometria de raios X (DRX) e espectroscopia Raman. As propriedades ácidas e/ou básicas dos suportes e catalisadores foram avaliadas através da reação de decomposição do isopropanol. / The use of niobium oxide as a promoter and as a support has been investigated in various catalyst applications, such as selective oxidation, hydrocarbonate conversion, polymerization, elimination of (NOx) pollutants, dehydrogenation, etc. It is known that adding niobium to γ-Al2O3 improves acidity, selectivity and thermal stability and consequently the catalyst activity of these materials. The catalyst activity of systems containing supported niobium is due to the different redox species of niobium oxide present on the solid surface. This study aims to evaluate the influence of the niobium and vanadium content in the V2O5/Nb2O5-Al2O3 catalyst system in the propane oxidative dehydrogenation reaction. Aiming the target of this study, the following characterization techniques were used: N2 volumetry (specific area and pore volume), temperature-programmed reduction, X-ray diffractometry (DRX), and Raman spectroscopy. The acid-base properties of the supports and catalysts were studied through isopropanol decomposition reaction.

Catalisadores baseados em óxidos metálicos têm sido muito utilizados nos últimos anos para a desidrogenação oxidativa de alcanos leves. Dentre os principais catalisadores, estão os sistemas contendo V2O5, Nb2O5 e Al2O3. O processo de desidrogenação oxidativa do propano (DOP) representa uma via alternativa importante para a produção de propileno sob menores temperaturas, porém sua prática vem sendo limitada pela diminuição dos valores de seletividade ao propeno com o aumento da conversão do reagente. Metais alcalinos, dentre eles o potássio, são frequentemente utilizados como promotores em reações de oxidação seletiva com o objetivo de proporcionar melhores seletividades catalíticas aos mecanismos de reação, devido à redução da acidez e ao aumento da basicidade na superfície dos catalisadores. O projeto proposto tem como objetivo principal criar uma metodologia de síntese de novos suportes Nb2O5-Al2O3 e catalisadores V2O5-Nb2O5-Al2O3 dopados com potássio a serem utilizados em processos petroquímicos para a produção de olefinas leves. Para tanto, as seguintes técnicas de caracterização foram utilizadas: espectrometria de absorção atômica, espectroscopia de emissão atômica com plasma indutivamente acoplado (ICP-OES), volumetria de N2, difratometria de raios X (DRX) e redução à temperatura programada (RTP). As características ácidas e/ou básicas e a atividade catalítica dos suportes e catalisadores foram medidas pelas reações de decomposição do isopropanol e de desidrogenação oxidativa do propano, respectivamente. / Catalysts based on metal oxides have been extensively used in recent years for the oxidative dehydrogenation of light alkanes. Among the main catalysts, there are the systems containing V2O5, Nb2O5 e Al2O3. The oxidative dehydrogenation of propane (ODH) provides a potential low-temperature route for the synthesis of propylene, but its practice has been limited by a marked decrease in propene selectivity with increasing conversion of reactant. Alkali metals, such as potassium, are frequently used as promoters in selective oxidation reactions with the objective of providing higher selectivity in catalytic reaction mechanisms, due to the reduced acidity and increasing basicity of the catalysts surface. The considered project has as major objective create a new synthesis methodology of Nb2O5-Al2O3 supports and V2O5-Nb2O5-Al2O3 potassium-doped catalysts to be used in petrochemical processes for the production of light olefins. For in such a way, the following characterization techniques were used: atomic absorption spectrometry, inductively coupled plasma optic emission spectroscopy (ICP-OES), N2 volumetry, X-ray diffractometry (XRD) and temperature programmed reduction (TPR). The properties acid and/or basic and the catalytic activity of supports and catalysts were evaluated by the isopropanol decomposition and oxidative dehydrogenation of propane reactions, respectively.

Catalisadores baseados em óxidos metálicos têm sido muito utilizados nos últimos anos para a desidrogenação oxidativa de alcanos leves. Dentre os principais catalisadores, estão os sistemas contendo V2O5, Nb2O5 e Al2O3. O processo de desidrogenação oxidativa do propano (DOP) representa uma via alternativa importante para a produção de propileno sob menores temperaturas, porém sua prática vem sendo limitada pela diminuição dos valores de seletividade ao propeno com o aumento da conversão do reagente. Metais alcalinos, dentre eles o potássio, são frequentemente utilizados como promotores em reações de oxidação seletiva com o objetivo de proporcionar melhores seletividades catalíticas aos mecanismos de reação, devido à redução da acidez e ao aumento da basicidade na superfície dos catalisadores. O projeto proposto tem como objetivo principal criar uma metodologia de síntese de novos suportes Nb2O5-Al2O3 e catalisadores V2O5-Nb2O5-Al2O3 dopados com potássio a serem utilizados em processos petroquímicos para a produção de olefinas leves. Para tanto, as seguintes técnicas de caracterização foram utilizadas: espectrometria de absorção atômica, espectroscopia de emissão atômica com plasma indutivamente acoplado (ICP-OES), volumetria de N2, difratometria de raios X (DRX) e redução à temperatura programada (RTP). As características ácidas e/ou básicas e a atividade catalítica dos suportes e catalisadores foram medidas pelas reações de decomposição do isopropanol e de desidrogenação oxidativa do propano, respectivamente. / Catalysts based on metal oxides have been extensively used in recent years for the oxidative dehydrogenation of light alkanes. Among the main catalysts, there are the systems containing V2O5, Nb2O5 e Al2O3. The oxidative dehydrogenation of propane (ODH) provides a potential low-temperature route for the synthesis of propylene, but its practice has been limited by a marked decrease in propene selectivity with increasing conversion of reactant. Alkali metals, such as potassium, are frequently used as promoters in selective oxidation reactions with the objective of providing higher selectivity in catalytic reaction mechanisms, due to the reduced acidity and increasing basicity of the catalysts surface. The considered project has as major objective create a new synthesis methodology of Nb2O5-Al2O3 supports and V2O5-Nb2O5-Al2O3 potassium-doped catalysts to be used in petrochemical processes for the production of light olefins. For in such a way, the following characterization techniques were used: atomic absorption spectrometry, inductively coupled plasma optic emission spectroscopy (ICP-OES), N2 volumetry, X-ray diffractometry (XRD) and temperature programmed reduction (TPR). The properties acid and/or basic and the catalytic activity of supports and catalysts were evaluated by the isopropanol decomposition and oxidative dehydrogenation of propane reactions, respectively.

O uso do óxido de nióbio como promotor e como suporte tem sido investigado em numerosas aplicações catalíticas, tais como, na oxidação seletiva, conversão de hidrocarbonetos, polimerização, eliminação de poluentes (NOx), desidrogenação, etc. Sabe-se que a adição de nióbio na γ-Al2O3 melhora a acidez, a seletividade e a estabilidade térmica e, conseqüentemente, a atividade catalítica desses materiais. A atividade catalítica dos sistemas contendo nióbia suportada é decorrente das diferentes espécies redox do óxido de nióbio presentes nas superfícies do sólido. O presente trabalho tem como objetivo avaliar a influência do teor de nióbio e vanádio no sistema catalítico V2O5/Nb2O5-Al2O3 na reação de desidrogenação oxidativa do propano. A fim de alcançar o objetivo deste trabalho, as seguintes técnicas de caracterização foram utilizadas: volumetria de N2 (área específica e volume de poros), redução a temperatura programada, difratometria de raios X (DRX) e espectroscopia Raman. As propriedades ácidas e/ou básicas dos suportes e catalisadores foram avaliadas através da reação de decomposição do isopropanol. / The use of niobium oxide as a promoter and as a support has been investigated in various catalyst applications, such as selective oxidation, hydrocarbonate conversion, polymerization, elimination of (NOx) pollutants, dehydrogenation, etc. It is known that adding niobium to γ-Al2O3 improves acidity, selectivity and thermal stability and consequently the catalyst activity of these materials. The catalyst activity of systems containing supported niobium is due to the different redox species of niobium oxide present on the solid surface. This study aims to evaluate the influence of the niobium and vanadium content in the V2O5/Nb2O5-Al2O3 catalyst system in the propane oxidative dehydrogenation reaction. Aiming the target of this study, the following characterization techniques were used: N2 volumetry (specific area and pore volume), temperature-programmed reduction, X-ray diffractometry (DRX), and Raman spectroscopy. The acid-base properties of the supports and catalysts were studied through isopropanol decomposition reaction.

Impulsionados pela busca de fontes limpas de energia, surgem os processos de combustao com recirculacao quimica (CLC), e reforma com recirculacao quimica (CLR). CLC e CLR sao processos quimicos para oxidacao de hidrocarbonetos gasosos. E utilizada a acao de transportadores de oxigenio (TO), para transferir oxigenio do ar para o combustivel (neste caso o metano), evitando-se o contato direto entre ar atmosferico e metano por diversos motivos. Os TOs, compostos por oxidos metalicos na forma de po fino, circulam continuamente entre dois reatores de leito fluidizado (reator de ar e de combustivel), sofrendo sucessivos ciclos de reducao e oxidacao. Os processos se diferenciam com relacao aos produtos, em CLC objetiva-se a geracao de energia, atraves da oxidacao completa do combustivel, resultando em uma mistura de CO2 e H2O, podendo ser facilmente separada por condensacao. No caso do CLR a oxidacao ocorre de maneira parcial, dando origem a uma mistura de gas de sintese (H2 + CO). O CLC apresenta vantagens com relacao aos processos tradicionais de captura de CO2, pois nao se faz necessaria a utilizacao de processos secundarios para separacao gasosa, economizando assim energia, alem do fato de nao gerar gases do tipo NOx. O presente trabalho apresenta a preparacao de duas series de materiais, via impregnacao seca, uma com composicao 2, 4 e 8% m/m de oxido de niquel e outra com os mesmo teores de oxido de niobio, suportados sobre alumina comercial de alta area superficial especifica. Os materiais foram caracterizados pelas tecnicas de picnometria a helio, volumetria de nitrogenio, porosimetria por intrusao de mercurio, DRX, MEV, TPR 5%H2/N2 analisado com TCD em ChemBet, TPR 5%CH4/Ar e TPO 5%O2/Ar sendo a variacao de massa analisada em termobalanca (TGA/DSC), alem de se utilizar de espectrometria de massas para analise dos gases gerados. Os diferentes transportadores de oxigenio foram testados em reator de leito fixo, sendo avaliados em diferentes condicoes experimentais tais como: temperaturas de operacao, vazoes de reagentes gasosos, concentracoes de metano, adicao de CO2 e H2O ao combustivel. Os produtos da reacao no reator de leito fixo foram analisados por cromatografia gasosa e espectrometria de massa. Os resultados mostraram que; o deposito de carbono sobre o catalisador pode ser drasticamente reduzido com a adicao de mistura oxidante junto ao combustivel e que estes oxidos estudados tem potencial aplicacao industrial, mostrando-se seletivos para reforma do metano com consecutiva producao de gas de sintese. / Driven by the demand for clean energy sources, arise chemical-looping combustion - CLC, and chemical-looping reforming - CLR. CLC and CLR are chemical processes for oxidation of gaseous hydrocarbons. Both of them use the action of catalysts, here called oxygen carriers (OC), which transfers oxygen from the air to the fuel (in this case methane), avoiding the direct contact between the two gases for various reasons. The OC\'s are composed of metal oxides in the form of fine power, circle continuously between two fluidized bed reactors (fuel reactor and air reactor), suffering successive cycles of reduction and oxidation. The two processes differ in relation to the products; the aim of CLC is generation of energy (heat), through the complete oxidation of the fuel, resulting in a mixture of CO2 and H2O, which can be easily separated by condensation. In the case of CLR, the oxidation occurs partially, resulting in synthesis gas, a mixture of H2 and CO. The CLC processes shows advantages when compared to other traditional processes for capture of CO2, because it is not necessary to use secondary processes for gas separation, saving energy, besides the fact of no NOx is generated. This work describes the preparation of two series of materials via dry impregnation, which are composed of 2, 4 and 8% w/w niobium oxide or nickel oxide, supported on commercial alumina, with high specific surface area. The materials were characterized by the techniques of helium pycnometry, nitrogen volumetry, mercury intrusion porosimetry, DRX, MEV, TPR 5% H2/N2 analyzed with TCD in ChemBet, TPR 5% CH4/Ar and TPO 5% O2/Ar, being the changes in mass and heat analyzed in a thermogravimetric balance (TGA/DSC) coupled to a mass spectrometer permitting the analysis of the generated gases. The different oxygen carriers were tested in a fixed bed reactor, evaluated in different experimental conditions, such as operation temperature, flow rate of gaseous reactants, methane concentrations, addition of CO2 and H2O to the fuel. The products of the reaction in the fixed bed reactor were analyzed by gas chromatography and mass spectrometry. The results show that: the carbon deposits over the catalysts can be drastically reduced by addition of oxidizing mixture together to the fuel and these studied oxides have a potential industrial application, showing selectivity to reforming of methane with consecutive synthesis gas production.

Impulsionados pela busca de fontes limpas de energia, surgem os processos de combustao com recirculacao quimica (CLC), e reforma com recirculacao quimica (CLR). CLC e CLR sao processos quimicos para oxidacao de hidrocarbonetos gasosos. E utilizada a acao de transportadores de oxigenio (TO), para transferir oxigenio do ar para o combustivel (neste caso o metano), evitando-se o contato direto entre ar atmosferico e metano por diversos motivos. Os TOs, compostos por oxidos metalicos na forma de po fino, circulam continuamente entre dois reatores de leito fluidizado (reator de ar e de combustivel), sofrendo sucessivos ciclos de reducao e oxidacao. Os processos se diferenciam com relacao aos produtos, em CLC objetiva-se a geracao de energia, atraves da oxidacao completa do combustivel, resultando em uma mistura de CO2 e H2O, podendo ser facilmente separada por condensacao. No caso do CLR a oxidacao ocorre de maneira parcial, dando origem a uma mistura de gas de sintese (H2 + CO). O CLC apresenta vantagens com relacao aos processos tradicionais de captura de CO2, pois nao se faz necessaria a utilizacao de processos secundarios para separacao gasosa, economizando assim energia, alem do fato de nao gerar gases do tipo NOx. O presente trabalho apresenta a preparacao de duas series de materiais, via impregnacao seca, uma com composicao 2, 4 e 8% m/m de oxido de niquel e outra com os mesmo teores de oxido de niobio, suportados sobre alumina comercial de alta area superficial especifica. Os materiais foram caracterizados pelas tecnicas de picnometria a helio, volumetria de nitrogenio, porosimetria por intrusao de mercurio, DRX, MEV, TPR 5%H2/N2 analisado com TCD em ChemBet, TPR 5%CH4/Ar e TPO 5%O2/Ar sendo a variacao de massa analisada em termobalanca (TGA/DSC), alem de se utilizar de espectrometria de massas para analise dos gases gerados. Os diferentes transportadores de oxigenio foram testados em reator de leito fixo, sendo avaliados em diferentes condicoes experimentais tais como: temperaturas de operacao, vazoes de reagentes gasosos, concentracoes de metano, adicao de CO2 e H2O ao combustivel. Os produtos da reacao no reator de leito fixo foram analisados por cromatografia gasosa e espectrometria de massa. Os resultados mostraram que; o deposito de carbono sobre o catalisador pode ser drasticamente reduzido com a adicao de mistura oxidante junto ao combustivel e que estes oxidos estudados tem potencial aplicacao industrial, mostrando-se seletivos para reforma do metano com consecutiva producao de gas de sintese. / Driven by the demand for clean energy sources, arise chemical-looping combustion - CLC, and chemical-looping reforming - CLR. CLC and CLR are chemical processes for oxidation of gaseous hydrocarbons. Both of them use the action of catalysts, here called oxygen carriers (OC), which transfers oxygen from the air to the fuel (in this case methane), avoiding the direct contact between the two gases for various reasons. The OC\'s are composed of metal oxides in the form of fine power, circle continuously between two fluidized bed reactors (fuel reactor and air reactor), suffering successive cycles of reduction and oxidation. The two processes differ in relation to the products; the aim of CLC is generation of energy (heat), through the complete oxidation of the fuel, resulting in a mixture of CO2 and H2O, which can be easily separated by condensation. In the case of CLR, the oxidation occurs partially, resulting in synthesis gas, a mixture of H2 and CO. The CLC processes shows advantages when compared to other traditional processes for capture of CO2, because it is not necessary to use secondary processes for gas separation, saving energy, besides the fact of no NOx is generated. This work describes the preparation of two series of materials via dry impregnation, which are composed of 2, 4 and 8% w/w niobium oxide or nickel oxide, supported on commercial alumina, with high specific surface area. The materials were characterized by the techniques of helium pycnometry, nitrogen volumetry, mercury intrusion porosimetry, DRX, MEV, TPR 5% H2/N2 analyzed with TCD in ChemBet, TPR 5% CH4/Ar and TPO 5% O2/Ar, being the changes in mass and heat analyzed in a thermogravimetric balance (TGA/DSC) coupled to a mass spectrometer permitting the analysis of the generated gases. The different oxygen carriers were tested in a fixed bed reactor, evaluated in different experimental conditions, such as operation temperature, flow rate of gaseous reactants, methane concentrations, addition of CO2 and H2O to the fuel. The products of the reaction in the fixed bed reactor were analyzed by gas chromatography and mass spectrometry. The results show that: the carbon deposits over the catalysts can be drastically reduced by addition of oxidizing mixture together to the fuel and these studied oxides have a potential industrial application, showing selectivity to reforming of methane with consecutive synthesis gas production.