Submitted by Caroline Periotto (carol@ufscar.br) on 2016-09-26T14:42:00Z No. of bitstreams: 1 DissMGBB.pdf: 3813643 bytes, checksum: 80f77b5bb8ccd773369afd7f536bae1e (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-26T20:50:14Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissMGBB.pdf: 3813643 bytes, checksum: 80f77b5bb8ccd773369afd7f536bae1e (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-26T20:50:21Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissMGBB.pdf: 3813643 bytes, checksum: 80f77b5bb8ccd773369afd7f536bae1e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-26T20:50:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissMGBB.pdf: 3813643 bytes, checksum: 80f77b5bb8ccd773369afd7f536bae1e (MD5) Previous issue date: 2015-03-24 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / In intense search best environmental conditions, it is necessary to invest in renewable fuels, affordable and low polluting. With the aim to participate in this effort, this work was undertaken to study the steam reforming of ethanol. Cobalt catalysts supported on SiO2 were studied using mass loading of lanthanum 10, 20 and 30% mass content, and 0,5% platinum as additives in order to check their influences on the initial catalyst to reduce carbon formation on the catalyst surface, enhancing the activity, stability and selectivity for H2. All catalysts were prepared by impregnation method. Were characterized by temperature programmed reduction in H2, Hydrogen Chemisorption, surface area by BET, X ray diffraction method, thermo gravimetric analysis and chemical analysis. Subsequently, the reaction RVE catalysts, which was analyzed in conversion and selectivity were applied. The TPR and XRD analyzes observed the formation of Co3O4 which espinélia phase is reduced to CoO and Co°, respectively. Subsequently, the catalysts were used for ethanol steam reforming reaction, where the conversion, selectivity, and stability was analyzed. In XRD analysis and RTP observed the formation of Co3O4 that espinélia phase and reduces CoO and Co°, respectively. Also, it was identified diffraction peaks relating to La2O3 and La(OH)3; platinum, and a broad peak was assigned to the SiO2 structure, which has low crystallinity. There was a decrease in coking catalysts, effect obtained by forming lanthanum oxicarbonate, which was also identified by XRD. The increased lanthanum loading also influence the decrease in particle size, thereby increasing the dispersion of the catalysts. During the 24-hour stability test, the catalyst is not desactivated. It was identified that the impregnation method used and the utilized treating conditions were adequate to obtain the desired compounds for reform to ethanol vapor. The CoLa2SiO2 catalyst showed promise for ethanol steam reforming, with better selectivity to hydrogen, with little formation of undesirable products. The addition of 0.5% by mass Pt content in the cobalt catalyst has not led to a significant increase in product formation and conversion. The monometallic Pt catalyst (0.5% w / w) proved active and with good hydrogen selectivity even with a small amount of active phase. This behavior can be related to the presence of highly dispersed platinum metal on the surface. The best performing catalysts did not show the formation of CO, which can be related to the addition of lanthanum. / Na intensa busca por melhores condições ambientais, é necessário investir em combustíveis renováveis, acessíveis economicamente e pouco poluentes. Visando participar deste esforço, este trabalho está inserido num conjunto de estudos do processo de reforma a vapor do etanol (RVE). Foram estudados catalisadores de cobalto suportados em SiO2, utilizando carga mássica de lantânio em 10, 20 e 30% e teor mássico 0,5% de platina como aditivos, a fim de se verificar as influências destes promotores sobre o catalisador inicial de Co/SiO2: diminuição da formação de carbono sobre a superfície dos catalisadores e melhora da atividade, estabilidade e seletividade a H2. Todos os experimentos foram preparados pelo método de impregnação por via úmida e caracterizados por redução à temperatura programada de H2, quimissorção de hidrogênio, a área superficial pelo método B.E.T., difração de raios X, análise termogravimétrica e análise química. Os catalisadores foram testados na reação reforma a vapor do etanol, onde foi analisada a conversão, seletividade e estabilidade. Nas análises de DRX e RTP observou-se a formação da fase tipo espinélio de Co3O4 que se reduz a CoO e Co°, progressivamente. Também identificaram picos de difração referentes ao La2O3 e La(OH)3; à platina metálica, Pt°, e um largo pico que foi atribuída à estrutura de SiO2, que apresenta baixa cristalinidade. Houve a diminuição de coque nos catalisadores, efeito obtido através da formação de oxicarbonato de lantânio, que também foi identificado através do DRX. O aumento da carga de lantânio influenciou a diminuição do tamanho das partículas, aumentando assim a dispersão dos catalisadores. Durante os testes de estabilidade de 24 horas, nenhum catalisador se desativou. Identificou-se que o método de impregnação utilizado e as condições de tratamento das amostras foram adequados para obtenção dos compostos desejados para a reforma à vapor do etanol. O catalisador de CoSiO2 com teor mássico de 20% de lantânio mostrou-se promissor para a reforma a vapor de etanol, apresentando melhor seletividade a hidrogênio, com pouca formação de produtos indesejáveis. A adição de 0,5% em teor mássico de Pt no catalisador de cobalto não levou a um aumento significativo na formação de produtos e na conversão. O catalisador monometálico de Pt (0,5% m/m) mostrou-se ativo e com boa seletividade a hidrogênio, mesmo com pequena quantidade de fase ativa. Este comportamento pode ser relacionado com a presença de platina metálica altamente dispersa na superfície. Os catalisadores com melhores desempenhos não apresentaram formação de CO, o que pode ser relacionado à adição de lantânio.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5636.pdf: 3745496 bytes, checksum: f5a3c6431b588da21fab339e8c763373 (MD5) Previous issue date: 2013-10-17 / Universidade Federal de Sao Carlos / This paper assesses the catalytic activities of LaCoO3 perovskite towards the steam reforming oxidative reaction of ethanol . Due to the low surface area which is commonly found on perovskite-type oxides , these were supported onAl2O3 , ZrO2 and ZrO2-Al2O3. The unsupported catalysts were prepared by precipitation and citrate methods whilst the supported catalysts were prepared by deposition -precipitation . The techniques employed to characterize the solids were: X -ray diffraction by the powder method (DRX) , X-Ray Fluorescence (FRX) Programmed Temperature Reduction with H2 (RTP-H2) Nitrogen Adsorption by B.E.T. method, X-ray Diffraction in situ, Raman spectroscopy, transmission electronic microscopy, scanning electronic microscopy, hydrogen desorption at programmed temperature TPD-H2 and Thermogravimetric Analysis. The preparation of the catalysts by precipitation and citrate routes proved to be efficient to obtain the perovskite type oxides .The supported catalysts showed surface area values larger than the unsupported ones, as there was the formation of other oxidase phases due to stand- perovskite or metal support interactions , as observed by the decreasing of reduction degree , through RTP analysis .The unsupported catalysts calcined at 700 , 800 and 900 ° C presented the best activity for oxidative reforming reaction than the supported ones. These, in turn, showed better catalytic activity towards the oxidative reforming reaction in relation to steam reforming of ethanol. By the X-ray Diffraction analysis in situ performed during the RTP-H2 and reaction tests, it was observed that the 20LaCoO3/Al2O3 catalyst prepared by method 2 - deposition -precipitation - showed lower size of crystallite of cobalt during the steam reforming reactions and oxidation in situ, therefore suggesting a better metal dispersion . The unsupported LaCoO3 catalyst prepared by precipitation method and calcined at 700ºC showed less coke formation towards the oxidative reaction of reforming of ethanol . Among the supported compounds the 20LaCoO3/ZrO2 showed the lowest coke formation in the same reaction. The analysis of scanning electron microscopy performed after the oxidative reaction, Raman spectroscopy the and Thermogravimetric Analysis, suggests that the unsupported LaCoO3 catalyst prepared by precipitation and calcined at 700ºC and the supported 20LaCoO3/ZrO2 catalyst showed lower carbon formation. / Neste trabalho foram avaliadas as atividades dos catalisadores do tipo perovskita LaCoO3, frente à reação de reforma a vapor e oxidativa do etanol. Devido à baixa área superficial, característica esta dos óxidos do tipo perovskita, esses catalizadores foram suportados em Al2O3, ZrO2 e ZrO2-Al2O3. Os catalisadores não suportados foram preparados pelos métodos citrato e precipitação, já os suportados receberam o preparo necessário pelo método deposição-precipitação. Para a caracterização dos sólidos, as técnicas utilizadas foram as seguintes: Difração de Raios-X pelo método do pó (DRX), Fluorescência de Raios X (FRX), Redução à Temperatura Programada com H2 (RTP-H2), Adsorção de Nitrogênio pelo método B.E.T., Difração de Raios X in situ, Espectroscopia Raman, Microscopia eletrônica de transmissão, Microscopia eletrônica de varredura e Dessorção de hidrogênio a temperatura programada TPD-H2 e Análises Termogravimétricas. A preparação dos catalisadores pelas rotas de precipitação e citrato apresentou resultados eficientes para a obtenção dos óxidos do tipo perovskita. Os catalisadores suportados apresentaram valores de área superficial maiores do que os não suportados, uma vez que nesses últimos houve a formação de outras fases óxidas, devido às interações suporte-perovskita ou suporte-metal, verificadas pela diminuição no grau de redução, via análises de RTP. Os catalisadores não suportados, calcinados a 700, 800 e 900°C, apresentaram melhor atividade para a reação de reforma oxidativa, se comparados aos suportados. Estes últimos, por sua vez, apresentaram melhor atividade catalítica diante da reação de reforma oxidativa em relação à reforma a vapor do etanol. Por meio das análises obtidas pela Difração de Raios X in situ, realizadas durante a RTP-H2 e durante ensaios reacionais, observou-se que o catalisador 20LaCoO3/Al2O3, preparado pelo método 2 - deposição-precipitação apresentou tamanho menor de cristalito de cobalto durante as reações de reforma a vapor e oxidativa in situ, sugerindo uma melhor dispersão metálica. O catalisador não suportado LaCoO3, preparado pelo método de precipitação e calcinado a 700ºC, apresentou menor formação de coque diante da reação de reforma oxidativa do etanol. Entre os suportados, o composto 20LaCoO3/ZrO2 foi o que apresentou menor formação de coque nessa mesma reação. Os resultados das análises de microscopia eletrônica de varredura, realizadas após a reação oxidativa de espectroscopia Raman e Análises Termogravimétrica, sugerem que o catalisador não suportado LaCoO3 preparado por precipitação e calcinado a 700ºC, assim como o catalisador suportado 20LaCoO3/ZrO2 apresentaram menor formação de carbono.

O desenvolvimento de novas tecnologias para produção de combustíveis é assunto de vital importância, principalmente quando se trata de combustíveis de fontes limpas e renováveis. Nesse aspecto, surge o hidrogênio (H2), tecnologia limpa, vindo de fontes renováveis, como o etanol. Para a obtenção do H2 a partir do etanol, destaca-se a reforma a vapor. No entanto, a reforma a vapor apresenta alguns desafios como maximização da conversão e seletividade em H2, além da minimização na formação de carbono e dos seus precursores (acetaldeído e acetona), uma vez que a formação de carbono pode levar a perda da atividade do catalisador. Nesse contenxto, a ideia deste trabalho é desenvolver catalisadore a base de níquel (Ni) suportados em céria (CeO2) dopados com os lantanídeos gadolínio (Gd), samario (Sm) e neodímio (Nd) para aplicação na reforma a vapor do etanol de modo a aumentar a conversão do etanol e a seletividade em H2, bem como minimizar a formação de carbono e de seus percursores. Para isso, fixou-se o teor de Ni em 5% e variou-se os teores do dopantes em 1%, 5% e 10%, também sintetizou-se o catalisador sem presença de dopante para comparação. A partir desses catalisadores, fez-se a caracterização e os testes catalíticos a 400, 500 e 600 °C. Percebeu-se a formação de solução sólida para todos os dopantes (Gd, Sm e Nd), por meio da expansão dos parâmetros de rede, na qual a expansão de rede aumentou com o aumento do teor de dopante e com o aumento do raio iônico do dopante. A adição de 1% de dopante para os catalisadores dopados com Sm e Nd levaram a um aumento significativo da área superficial, bem como a diminuição do tamanho do cristalito do suporte. A temperatura de reação na qual se observa os melhores resultados catalíticos é a 600 °C de modo que houve uma conversão máxima de etanol, seletividades em H2 acima de 2,80 molprod.molEtOHconv-1 e minimização na formação de espécies líquidas como a acetona e acetaldeído, bem como na formação de coque. A conversão do etanol nessa temperatura foi similar para todos os catalisadores, mas os catalisadores 5Ni_5GdCeO2 e 5Ni_5NdCeO2 apresentaram a maior seletividade a H2. No entanto, os catalisadores com a presença de Nd apresentaram as menores taxas de formação de coque. / The development of new technologies for fuel production is a vital issue, especially clean and renewable fuels. In this apect, hydrogen (H2), a clean technology, is highlighted when it comes from renewable sources, such as ethanol. To obtain H2 from ethanol, the steam reform is pointed out. However, steam reforming presents some challenges, such as maximizing conversion and H2 selectivity, as well as minimizing the formation of carbon and its precursors (acetaldehyde and acetone), since carbon formation can lead to catalytic activity loss. In this context, the idea of this work is the development of nickel (Ni) based catalysts supported in ceria (CeO2), doped with the lanthanides gadolinium (Gd), samarium (Sm) and neodymium (Nd), for ethanol steam reforming application in order to increase ethanol conversion and H2 selectivity, as well as to minimize the formation of carbon and its precursors. For this, the Ni content was set at 5% and the dopant contents varied in 1%, 5% and 10%, the catalyst was also synthesized without presence of dopant for comparison. From these catalysts, the characterization and the catalytic tests were carried out at 400, 500 and 600 °C. The formation of a solid solution for all dopants (Gd, Sm and Nd) was observed by means of the network parameters expansion , in which the network expansion increased with increasing dopant content and with increasing dopant ionic radius. The addition of 1% dopant, to the Sm and Nd doped catalysts, led to a significant increase in surface area as well as a decrease in the support crystallite size. The reaction temperature at which the best catalytic results are observed is at 600 °C, so that there was a maximum conversion of ethanol, H2 selectivity 2.80 molprod.molEtOHconv-1, and minimization of liquid species formation, such as acetone and acetaldehyde, as well as the coke formation. Ethanol conversion at this temperature was similar for all catalysts, but the catalysts 5Ni_5GdCeO2 and 5Ni_5NdCeO2 showed the highest selectivity to H2. However, the catalysts with the presence of Nd presented the lowest rates of coke formation.

O trabalho apresenta a avaliação do desempenho termodinâmico de duas configurações diferentes de uma unidade industrial de produção de amônia pelo processo de reforma a vapor. Foi utilizada a análise exergética como critério de avaliação, afim de investigar o potencial técnico para implementar as melhorias tecnológicas do processo desenvolvidas nas últimas décadas. Foi desenvolvido um modelo de simulação no simulador comercial Aspen Hysys® para cálculo do balanço material e de energia, bem como das propriedades termodinâmicas necessárias para os cálculos de exergia. O modelo da simulação foi ajustado e validado com dados reais e mostrou-se confiável para desenvolver os estudos de processo e propor melhorias de projeto. Os resultados mostraram que a eficiência exergética do processo aumentou de 54,7% no Caso Base para 57,7% no Caso \"Otimizado\". Em ambos os casos a seção de reforma é a maior responsável pela exergia destruída e o reformador primário contribui com aproximadamente 45% da exergia total destruída no processo. Os maiores ganhos de eficiências estão associados as melhorias no reformador primário, que é o responsável por 61,5% da redução da exergia destruída. A eficiência exergética do reformador primário aumentou de 45,5% para 51,5%. A eficiência exergética da seção de síntese de amônia aumentou apenas 0,5%, de 92,2% para 92,7%, e os ganhos são mais importantes em base energética que em base exergética. A exergia perdida refere-se as emissões para atmosfera das correntes de gases de combustão (gás de chaminé), CO2 e água de resfriamento e também são mais importantes em base energética, uma vez que a exergia perdida representa menos de 30% da exergia não usada no processo. Finalmente, os resultados foram comparados com dados presentes na literatura e os valores de eficiência exergética encontram-se dentro da faixa dos dados publicados. Conclui-se que a análise exergética é útil para identificar as ineficiências de um sistema, pois leva em consideração não somente a quantidade, mas a qualidade da energia, e pode ser usada para obter estimativas mais precisas do potencial de otimização energética do sistema. / This work presents the thermodynamic performance assessment of two different configurations of an existing steam reforming process for ammonia production. Exergy method has been used to evaluate the energy consumption and to investigate the technical potential to implement the most advanced available technologies for process improvements. In addition, it the process was modeled in Aspen Hysys® process simulator to calculate material and energy balance as well as the thermodynamic properties required for exergy analysis. Field date coming from an industrial plant were used to adjust and validate the and was assumed the model is acceptably accurate and appropriate for the development of process studies and project improvements. The analysis results indicate the exergetic efficiencies of original and improved process are 54,7% and 57,7%, respectively. In both cases, the principal exergy losses occur in the reformer section and the primary reformer contributes within approximately 45% of the exergy destruction. The exergy efficiency of primary reformer increased from 45,4% to 51,5%. The exergy efficiency of ammonia synthesis loop increased in 0,5%, from 92,2% to 92,7%, which indicates the gains are more important in energy basis than exergy basis. The output energy is associated with stack gas, CO2 and cooling water and are more important in energy basis as the exergy loss is less than 30% of non-used exergy. Finally, the results were compared with data available in the literature and exergy efficiency values are within the range of published data. The exergy method is useful to identify the inefficiencies of a system because it takes into account not only the quantity, but also the quality of the energy, and can be used to obtain more accurate estimation of the potential energy optimization of the system.

Neste trabalho, investigou-se a atividade catalítica de materiais a base de Ni/YSZ modificados com Rh ou Ru a 0,5%, 1% e 3%, para a reforma a vapor de etanol (RVE) e seus desempenhos como eletrocatalisadores em células a combustível de óxido sólido (SOFCs - Solid Oxide Fuel Cell). Os catalisadores foram preparados pelo método Pechini e de impregnação. A caracterização estrutural foi realizada utilizando-se as técnicas de Energia Dispersiva de Raios X, Difratometria de Raios X, Redução à Temperatura Programada, Fisissorção de Nitrogênio, Microscopia Eletrônica de Varredura e Análise Elementar. Os testes catalíticos foram realizados a 700 e 900 °C, em uma linha de reação acoplada a um cromatógrafo a gás para o monitoramento dos produtos reacionais gasosos. Os produtos líquidos resultantes da RVE foram analisados por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE). O objetivo principal foi correlacionar a estrutura e a composição destes materiais com a produção de H2, distribuição de outros produtos reacionais e formação de depósitos de carbono. Os resultados obtidos mostraram que a incorporação de Rh ou Ru no catalisador de Ni/YSZ não resultou em mudanças significativas na estrutura e atividade catalítica, porém promoveu uma diminuição na quantidade de carbono formado, sendo mais expressiva para o caso da adição de Rh. O aumento da temperatura de reação de 700 °C para 900 °C resultou em um aumento da seletividade dos catalisadores para os produtos gasosos e diminuição da formação de coque. O estudo em uma célula unitária de SOFC foi conduzido utilizando-se platina no cátodo e 3%Rh/40%Ni/YSZ(P) no ânodo, em uma célula operando com H2 e ar a 900 °C. Embora as curvas de polarização tenham apresentado baixas densidades de potência, os resultados mostraram que o material de 3%Rh/40%Ni/YSZ(P) foi ativo para a produção e eletro-oxidação de H2 em condições reais de operação das SOFCs. Além disso, mostrou-se que é possível investigar a atividade de eletrocatalisadores de ânodos de SOFC para a reforma de etanol em linhas de reação comumente utilizadas em estudos de catálise heterogênea. / In this work, it was investigated the electrocatalytic activity of Ni/YSZ promoted with Rh or Ru (0.5 wt%, 1.0 wt% and 3.0 wt% content) for the Ethanol Steam Reforming (ESR) reaction, and their performance as electrocatalysts in Solid Oxide Fuel Cells (SOFCs). The catalysts were prepared by the Pechini and Impregnation methods. The material characterization was carried out by Energy Dispersive X-ray (EDX), X-ray Diffraction (DRX), Temperature Programmed Reduction (TPR-H2), N2 physisorption, Scanning Electron Microscopy (SEM), and Elemental Analysis. The catalytic tests were performed at 700 and 900 °C in a reaction system coupled to a gas chromatograph in order to monitor the gaseous products. The liquid products were analyzed by High Performance Liquid Chromatography (HPLC). The structure and composition of these catalysts were correlated to the H2 formation, with the distribution of other parallel reaction products, including the carbon deposition. The obtained results showed that the incorporation of Rh or Ru does not change significantly the structure and catalytic activity, but it decreases the carbon deposits, being more significant for the addition of Rh. The increase of the reaction temperature from 700 °C to 900 °C increased the gaseous products selectivities and decreased the carbon deposition. The study in SOFC unit cells were conducted using platinum and 3%Rh/40%Ni/YSZ(P) in the cathode and anode, respectively. The SOFC operated with H2 and air, and 900 °C. Although the polarization curves have presented low power densities, the obtained results showed that the 3%Rh/40%Ni/YSZ(P) electrocatalyst was active for the H2 production and eletro-oxidation in the SOFC real operation conditions. Furthermore, the results have demonstrated that it is possible to investigate SOFC electrocatalysts activity for the ethanol steam reforming in reaction lines commonly utilized in heterogeneous catalysis studies.

Neste trabalho foram preparados e caracterizados catalisadores de platina suportados em g-alumina (g-Al2O3), óxido de zircônio (ZrO2) e em suportes mistos de óxido de zircônio e g-alumina. Os suportes bi-componente contendo (15%) ZrO2/g-Al2O3 foram preparados por dois métodos distintos: no primeiro, utilizou-se uma suspensão ácida de óxido de zircônio comercial e no segundo, óxido de zircônio precipitado a partir do acetato. Os catalisadores foram submetidos a ensaios catalíticos de reforma a vapor de etanol a fim de verificar o efeito do suporte sobre a distribuição dos produtos. As técnicas de caracterização utilizadas foram área superficial específica (B.E.T), redução a temperatura programada (RTP), difração de raios-X (DRX) e espectroscopia de absorção molecular na região UV-VI, que identificou a espécie [PtOxCly]s2-. A conversão do etanol e a distribuição dos produtos variaram para cada suporte testado e para os diferentes tempos de contatos (W/F) utilizados. O catalisador (1%) Pt/g-Al2O3 apresentou a melhor seletividade para a produção de hidrogênio e a menor conversão para o etanol. Os catalisadores que utilizaram o suporte bi-componente (15%) ZrO2/g-Al2O3 e ZrO2 pura apresentaram alta conversão de etanol e baixa seletividade para hidrogênio, além de alta tendência à formação de bio-produtos. / In this work catalysts of platinum supported on g-alumina (g-Al2O3), oxide of zirconium (ZrO2) and mixed oxide of zirconium and g-alumina had been prepared and characterized. The bi-component supports containing ( 15%) ZrO2/g-Al2O3 had been prepared by two different methods : in the first, an acid suspension of comercial oxide of zirconium was used and in the second, oxide of zirconium was precipitated from acetate. The catalysts were tested in ethanol steam reforming reaction to verify the effect of the support on the distribution of the products. For the characterization, the following techniques were used. Superficial specific area (B.E.T,), temperature programmed reduction (TPR.), X-ray powder diffraction (XRD) and spectroscopy of molecular absorption in the UV-vis, for identification of [PtOxCly]s 2- species. The ethanol conversion and product distribution were different for each support tested and for different time of contact (W/F) used. The catalyst (1%) Pt/g-Al2O3 presented the best selectivity for the hydrogen production and the lower conversion for ethanol. The catalysts with bi-component support (15%) ZrO2/ g-Al2O3 and pure ZrO2 presented high ethanol conversion and lower selectivity for hydrogen production with high selectivity and formation of bio-products.

Catalisadores de Ni (10% em massa) suportado em matrizes mistas MgO-SiO2 foram aplicados na reação de reforma a vapor de glicerol. Os efeitos do teor de MgO como aditivo e do método de preparação foram avaliados frente às propriedades físico-químicas e texturais dos materiais; assim como à atividade, seletividade, estabilidade e formação de carbono na reforma a vapor do glicerol. Os catalisadores foram preparados com diferentes teores mássicos de MgO (10%, 30% e 50%) sobre SiO2 comercial, utilizando processo via seca (mistura física) e via úmida (impregnação sequencial com diferentes solventes: água, etanol e acetona). Foram utilizadas as técnicas de caracterização de espectroscopia de energia dispersiva de raios X, fisissorção de nitrogênio, difratometria de raios X, termogravimetria, difratometria de raios X in situ com O2, redução a temperatura programada com H2, difratometria de raios X in situ com H2, dessorção a temperatura programada com H2 e microscopia eletrônica de varredura. Foi observado que o Ni(II) interage de forma variada com os suportes com diferentes teores de MgO, e que a polaridade do solvente de impregnação utilizado no processo de preparação influencia as propriedades dos catalisadores. A fim de verificar a atividade, seletividade e deposição de carbono; os catalisadores foram testados na reação de reforma a vapor de glicerol a 600oC, por um período de 5h e razão molar água:glicerol de 12:1. Após as reações, os catalisadores foram novamente submetidos às análises de termogravimetria, difratometria de raios X e microscopia eletrônica de varredura, visando a caracterização dos depósitos de carbono obtidos durante o processo catalítico. Os catalisadores de matrizes mistas se mostraram ativos e apresentaram seletividades similares para os produtos gasosos CH4, CO e CO2, além de um alto rendimento em H2. Observou-se que a adição de MgO no suporte, aumentou a dispersão do Ni(II) no material, que por sua vez, influenciou na quantidade de carbono depositado ao longo da reação. A polaridade do solvente de impregnação também teve influência na dispersão metálica, sendo que, quanto menor a polaridade do solvente, maior foi a dispersão obtida no catalisador, e menor a deposição de carbono na reação. O material que apresentou o melhor desempenho catalítico frente ao rendimento de H2 e à deposição de carbono, foi o catalisador preparado com 30% de MgO com etanol como solvente de impregnação. / Ni catalysts (10wt%) supported on MgO-SiO2 were assessed in glycerol steam reforming reaction. The effects of MgO as additive and preparation method were evaluated on physico-chemical and textural materials properties; as their activity, selectivity, stability and carbon formation in glycerol steam reforming. The catalysts were prepared with different amounts of MgO (10wt%, 30wt% and 50wt%) on commercial SiO2 by dry process (physical mixture) and wet process (sequential impregnation with water, ethanol and acetone as solvents). Samples were characterized by energy dispersive X-ray spectroscopy, nitrogen physisorption, X-ray diffraction, thermogravimetry, in situ X-ray diffraction with O2, temperature programmed reduction with H2, in situ X-ray diffraction with H2, temperature programmed desorption with H2 and scanning electron microscopy. It was observed that the Ni(II) interacts differently with supports with different MgO content, and the polarity of impregnation solvent used in preparation process influences on catalysts properties. In order to evaluated the activity, selectivity and carbon deposition, the catalysts were tested in glycerol steam reforming reaction at 600oC for 5h and water:glycerol molar ratio of 12:1. After reaction, carbon deposits obtained during the catalytic process were characterized by thermogravimetry, X-ray diffraction and scanning electron microscopy. Mixed matrices catalysts were active in glycerol steam reforming and showed similar selectivity for the gaseous products (H2, CH4, CO and CO2), with a high H2 yield. It was observed that the addition of MgO increased Ni(II) dispersion on material, which influenced on the quantity of carbon deposited during reaction. Polarity of impregnation solvent had also influence on metallic dispersion, and smaller the solvent polarity, higher the dispersion obtained in the catalyst, and lower the carbon deposition on reaction. The material that showed the best catalytic performance in H2 yield and carbon deposition, was the catalyst prepared with 30wt% of MgO with ethanol as impregnation solvent.

A crescente busca por fontes alternativas de energia tem despertado o interesse no uso do hidrogênio e do gás de síntese obtidos a partir de fontes renováveis. Dentre essas fontes destacam-se o etanol, produzido no Brasil a partir da cana-de-açúcar e com uma rede de abastecimento já desenvolvida, e o glicerol, obtido como subproduto na produção do biodiesel. Hidrogênio e gás de síntese podem ser obtidos a partir da reação de reforma a vapor de etanol e glicerol (RVE e RVG), levando assim a crescente interesse no desenvolvimento de catalisadores eficientes no processo de produção de H2 e gás de síntese a partir desses álcoois. <br />Na presente tese foram estudados catalisadores de níquel suportados em soluções sólidas de CexZr1-xO2, visando avaliar o desempenho dos mesmos nas reações de RVE e RVG. Os suportes foram preparados através do método Pechini e os catalisadores foram preparados por impregnação e polimerização em única etapa, variando-se o teor metálico em 5, 10 e 15% em massa. Sobre o catalisador com melhor desempenho catalítico foram adicionados, por impregnação, os seguintes metais nobres (promotores): Rh, Ru, Pt e Au (1% em massa). <br />Os suportes e catalisadores foram caracterizados por difração de Raios X (DRX); espectroscopia Raman, redução a temperatura programada com H2 (RTP H2), capacidade de estocagem de oxigênio (OSC); fisissorção de N2 (método B.E.T.); espectroscopia na região do infravermelho com reflectância difusa com CO (DRIFTS - CO), espectrocospia de absorção de Raios X (XAS - XANES RTP-H2), espectroscopia fotoeletrônica de raios X (XPS), espectroscopia dispersiva de Raios X (EDX) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). <br />Os ensaios catalíticos foram realizados nas temperaturas de 600 e 700&deg;C para a RVG e a 400, 500 e 600&deg;C para a RVE, utilizando uma razão água:álcool de 3:1. Foram realizados também análises de DRIFTS acoplado a um espectrômetro de massas visando identificar os intermediários formados durante a reação de RVE. A partir dos ensaios catalíticos observou-se que a composição do suporte, o teor metálico e o método de preparação influenciam na seletividade em produtos gasosos devido a mudanças estruturais causadas, principalmente na dispersão da fase ativa sobre o suporte. Além disso, observou-se que a adição de metais nobres favoreceu uma menor deposição de carbono sobre os catalisadores. / The growing interest for alternative energy sources has stimulated the interest in the use of hydrogen and syngas obtained from renewable sources. Among these sources, the use of ethanol produced in Brazil from sugar cane and with a supply network already developed, and glycerol obtained as a byproduct in the biodiesel production have been highlighted in the last years. <br />Hydrogen and syngas can be produced from steam reforming of ethanol and glycerol reactions (SRE and SRG), leading to a growing interest in the development of efficient catalysts for the production of H2 and syngas from these alcohols. <br />In the present thesis, catalysts of nickel supported on CexZr1-xO2 solid solution were studied, with the goal of evaluating the performance of those in the SRE and SRG reactions. The supports were prepared by Pechini method and the catalysts were synthesized by impregnation and polymerization method in one step, with nickel loads of 5 wt.%, 10 wt.% and 15 wt.%. On the catalyst with better catalytic performance, it was impregnated 1wt% of Rh, Ru, Pt or Au as promoter. <br />Supports and catalysts were characterized by X-ray diffraction (XRD), Raman spectroscopy, temperature-programmed reduction (TPR), oxygen storage capacity (OSC), N2 physisorption (B.E.T. method), Diffuse Reflectance Infrared Spectroscopy with CO (DRIFTS - CO), X-ray absorption near edge structure (XANES - TPR H2), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) and Scanning electron microscopy (SEM). <br />The catalytic tests of SRG were performed at 600 and 700&deg;C and for SRE at the tests were carried out at 400, 500 and 600&deg;C. The feed of water:alcohol was in the molar ratio of 3:1. DRIFTS coupled to a mass spectrometer analyzes was also carried out to identify the intermediates formed during the SRE. From the catalytic tests it was possible to observe that the support composition, metal load and preparation method influenced the selectivity to gaseous products, probably due to structural changes caused, mainly in the dispersion of the active phase on the support. Also, it was observed that the addition of noble metals favored a lower carbon deposition on the catalysts.

O hidrog&ecirc;nio &eacute; visto como um importante combust&iacute;vel alternativo aos combust&iacute;veis convencionais, como a gasolina e o &oacute;leo diesel, devido a sua alta efici&ecirc;ncia energ&eacute;tica e n&atilde;o gera&ccedil;&atilde;o de poluentes. Por&eacute;m, a maior parte do hidrog&ecirc;nio produzido &eacute; proveniente de fontes n&atilde;o renov&aacute;veis, como o g&aacute;s natural e o petr&oacute;leo. Novas tecnologias para a gera&ccedil;&atilde;o de hidrog&ecirc;nio vem sendo estudadas e dentre elas se destaca a rea&ccedil;&atilde;o de reforma a vapor de compostos oxigenados. Os &aacute;cidos graxos vol&aacute;teis gerados durante o tratamento anaer&oacute;bio de &aacute;guas residu&aacute;rias constitui uma mat&eacute;ria-prima interessante para a produ&ccedil;&atilde;o de hidrog&ecirc;nio a partir de biomassa. Os principais produtos gerados no tratamento de &aacute;guas residu&aacute;rias s&atilde;o o etanol, o &aacute;cido ac&eacute;tico e o &aacute;cido but&iacute;rico, este, chega a representar 35 % em massa podendo ser utilizado como mol&eacute;cula modelo na rea&ccedil;&atilde;o de reforma a vapor. Neste trabalho, foram desenvolvidos catalisadores a base de n&iacute;quel (Ni) modificados com van&aacute;dio (V), zinco (Zn) e ni&oacute;bio (Nb) suportados em alumina (&#947;-Al2O3), visando minimizar os dep&oacute;sitos carbon&aacute;ceos, assim como aumentar a atividade e seletividade para o hidrog&ecirc;nio na rea&ccedil;&atilde;o de reforma a vapor do &aacute;cido but&iacute;rico. Os catalisadores foram modificados com diferentes teores de V, Zn e Nb (2,5, 5 e 10 % em massa). Nas rea&ccedil;&otilde;es feitas a 600 &ordm;C utilizando raz&atilde;o estequiom&eacute;trica &aacute;cido but&iacute;rico:vapor, dentre os catalisadores modificados com V, o com 5 % (10Ni2,5VAl2O3) apresentou o melhor desempenho, chegando a uma convers&atilde;o de 86 % para o &aacute;cido but&iacute;rico, al&eacute;m de aumentar a estabilidade do catalisador quando comparado ao catalisador contendo apenas Ni (10NiAl2O3). Para o grupo de catalisadores modificados com Zn, o catalisador com 10 % em massa de Zn (10Ni10ZnAl2O3) apresentou uma convers&atilde;o de 83 %, sendo este grupo o com menor taxa de forma&ccedil;&atilde;o de carbono. Dentre os catalisadores modificados com Nb, o com menor teor (10Ni2,5NbAl2O3) foi o que apresentou o melhor desempenho, alcan&ccedil;ado uma convers&atilde;o de 82 %. Testes catal&iacute;ticos utilizando excesso de &aacute;gua mostraram alta convers&atilde;o, superiores a 90 %, e alta seletividade para H2. Dessa forma, a adi&ccedil;&atilde;o de metais com diferentes propriedades pode contribuir para uma maior seletividade para hidrog&ecirc;nio, seja pela redu&ccedil;&atilde;o dos dep&oacute;sitos de carbono ou pela melhora na estabilidade catal&iacute;tica.&#8195; / Hydrogen is an important alternative fuel to conventional fuels, such as gasoline and diesel, due to its high energy efficiency and non-generation of pollutants. However, most of the hydrogen produced comes from non-renewable sources such as natural gas and diesel oil. New technologies for the generation of hydrogen have been studied, among them the reaction of steam reforming of oxygenated compounds. Volatile fatty acids generated during the anaerobic treatment of wastewater are an interesting raw material for the production of hydrogen from biomass. The main products generated in the treatment of wastewater are ethanol, acetic acid and butyric acid, which represents 35% by mass and can be used as a model molecule in the steam reforming reaction. In this work, nickel-based (Ni) catalysts modified with vanadium (V), zinc (Zn) and niobium (Nb) supported on alumina (&#947;-Al2O3) were developed, aiming at minimizing carbonaceous deposits, as well as increasing activity and selectivity for the hydrogen in the steam reforming reaction of butyric acid. The catalysts were modified with different levels of V, Zn and Nb (2.5, 5 and 10 % by mass). In the reactions made at 600 &ordm;C using stoichiometric butyric acid: steam ratio, among the catalysts modified with V, the 5 % (10Ni2,5VAl2O3) showed the best performance, reaching a conversion of 86 % to butyric acid, besides increasing The stability of the catalyst when compared to the catalyst containing only Ni (10NiAl2O3). For the group of catalysts modified with Zn, the catalyst with 10 % by mass of Zn (10Ni10ZnAl2O3) showed a conversion of 83 %, this group being the one with the lowest rate of carbon formation. Among the catalysts modified with Nb, the one with the lowest content (10Ni2,5NbAl2O3) was the one that presented the best performance, achieving a conversion of 82 %. Catalytic tests using excess water showed high conversion, higher than 90%, and high selectivity for H2. Thus, the addition of metals with different properties may contribute to a higher selectivity for hydrogen, either by reducing carbon deposits or by improving catalytic stability.

Neste trabalho foram preparados catalisadores Co/Al2O3 e Co/SiO2 por impregnação com concentração metálica entre 4,0% e 20,0% e avaliados frente às reações de reforma a vapor e reforma oxidativa de etanol, com o objetivo de avaliar a estabilidade catalítica e o rendimento em hidrogênio. Os catalisadores foram caracterizados por espectrofotometria de absorção atômica, difração de raios-X, espectroscopia Raman, redução a temperatura programada, fisissorção de nitrogênio e análise elementar de carbono. A caracterização das amostras mostrou a formação da fase Co3O4 e interações de espécies de cobalto com o suporte. Evidenciou-se que apenas os sítios de Co0 são ativos para as reações de reforma a vapor e oxidativa de etanol. A produção de hidrogênio variou de 50-70% e a de CO de 0-10%. Alta concentração metálica sobre a superfície do suporte acarretou uma baixa produção de monóxido de carbono. As reações tiveram deposições de carbono nos catalisadores variando de 2,7 a 12,7 (mg. h-1), indicando que a desativação dos materiais é devido a deposição de coque. O uso de oxigênio diminuiu a produção de coque sobre os catalisadores Co/Al2O3 e Co/SiO2. / In this work Co/Al2O3 and Co/SiO2 catalysts were prepared by impregnation with metal load between 4,0% and 20,0% and were evaluated in the reactions of ethanol steam reforming and ethanol oxidative reforming to study the catalytic stability and the hydrogen yield. Atomic absorption, X-ray powder diffraction, Raman spectroscopy, temperature programmed reduction, nitrogen fisisorption and elemental analysis of carbon were applied to describe the physical and chemical characteristics of these catalysts. The characterization of the catalysts showed the Co3O4 phase and interactions of cobalt species with the support. It was evidenced that only Co0 sites are active for the steam reforming and oxidative reforming of ethanol. The production of hydrogen was about 50-70% and CO was 0- 10%. A high metallic load gave less carbon monoxide production. In the reactions, 2,7-12,7(mg.h-1) of carbon was deposited on all catalysts, indicating that the deactivation of the materials is due to coke deposition. The use of oxygen decreases the production of carbon on the catalysts Co/Al2O3 and Co/SiO2.