Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3712.pdf: 3991795 bytes, checksum: 1339d9062ae905255c61cf776544bd74 (MD5) Previous issue date: 2011-03-01 / Universidade Federal de Sao Carlos / In this work were prepared hydrotalcites (LDHs - Layered Double Hydroxides) Ni-Mg-Al to be used as precursors in the preparation of mixed oxides Ni-Mg-Al. The effect of incorporation of the particles, the calcination temperature and nickel content were the variables chosen in order to observe the influence of factors such as degree of dispersion, textural properties, crystal structure and catalytic activity in the reaction reforming of methane with CO2. LDHs stable of Ni-Mg-Al were prepared by sol-gel method. The incorporation of nickel particles was done by drip consecutive solutions of nickel acetate tetrahydrate in ethanol after the network formation of Mg-Al by intercalation and ion exchange of the LDHs of Mg-Al with solution of complex of Ni+2(EDTA )-2. The calcination was studied by keeping a constant heating rate (5°C/min) And making changes in the temperature levels of 500 and 650°C, respectively. Were chosen for three levels of nickel with respect to the percentage of total mass in LHDs. After the incorporation of nickel particles, gels were dried and calcined to form the mixed oxide Ni-Mg-Al, in case of direct incorporation in alcoholic medium, the gel obtained was aged for 18 hours, dried at 70 ° C for 24 hours, calcined for 5 hours and stored. In the case of LDHs obtained by ion exchange, the Mg-Al gel was aged for 18 hours to complete the hydrolysis by addition of stoichiometric amounts of water. Finally, the gel was dried at 80 ° C, resulting in the Mg-Al LDHs. The incorporation of nickel occurred adding the hydrotalcite to complex solution of Ni+2(EDTA)-2 with high agitation and at room temperature for 24 hours, allowing the ion exchange. The gel was centrifuged at 150 rpm, washed and dried 70 ° C for 24 hours and calcined for 16 hours. The samples were characterized by x-ray diffraction (EDX), physisorption BET with nitrogen, X-ray diffraction (XRD), temperature programmed reduction (TPR), desorption of hydrogen temperatureprogrammed (TPD), temperature programmed oxidation (TPO) and transmission electron microscopy (TEM). The catalysts were applied to methane reforming with CO2. The distribution of products and parameters such as conversion, yield and H2/CO ratio were made measuring in catalyst stability iv tests kinetic parameters with respect to time. Some catalysts were tested in extreme conditions of deposition of coke in order to investigate the deposition and the effect of variables in your control. Met the requirements for proper preparation and activation of these oxides as a function of stability observed in the catalytic reforming reaction of methane with CO2 and control the deposition of coke. The characterization results, together with the results of catalytic tests support the idea that the catalytic activity, stability and control in the deposition strongly depend on the steps of incorporation of nickel particles on the network, which are influenced by the particle content, degree of sintering and type of interactions between the structure Mg-Al and Ní+2. / Neste trabalho foram preparadas hidrotalcitas (LDHs Hidróxidos lamelares duplos) de Ni-Mg-Al utilizadas como precursores na preparação de óxidos mistos Ni-Mg-Al. O efeito da incorporação das partículas, a temperatura de calcinação e o teor de níquel foram as variáveis escolhidas com o objetivo de observar a influência em fatores tais como o grau de dispersão, as propriedades texturais,a estrutura cristalina e a atividade catalítica na reação de reforma de metano com CO2. LDHs estáveis de Ni-Mg-Al foram sintetizadas pelo método solgel. A incorporação de partículas de níquel realizou-se pelo gotejamento consecutivo de soluções de acetato de Níquel tetrahidratado em etanol após a formação da estrutura Mg-Al e pela intercalação, e troca iônica de LDHs de Mg- Al com soluções complexantes Ni+2(EDTA)-2. A calcinação foi estudada mantendo-se constante a taxa de aquecimento (5°C/min.) e fazendo variações na temperatura de calcinação nos níveis de 500°C e 650°C, respectivamente. Foram escolhidos três níveis de teor de níquel com respeito à porcentagem em massa total nas LHDs. Após da incorporação das partículas de níquel, os géis formados foram secos e calcinados para formar o óxido misto Ni-Mg-Al; no caso da incorporação direta em meio alcoólico, o gel obtido foi envelhecido durante 18 h, seco a 70°C durante 24 h, calcinado durante 5 h e armazenado. No caso de LDHs obtidas por troca iônica, o gel de Mg-Al foi envelhecido durante 18 h, até completar a hidrólise pela adição de quantidades estequiométricas de água com respeito ao alumínio. Finalmente, o gel foi seco a 80°C, obtendo-se as LDHs Mg-Al. A incorporação de níquel ocorreu adicionando-se a hidrotalcita à solução complexante de Ni+2 com alta agitação e a temperatura ambiente, durante 24 h, permitindo a troca iônica. O gel obtido foi centrifugado a 150 RPM, lavado e seco A 70°C durante 24 horas e calcinado durante 16 horas. As amostras foram caracterizadas por difração de raios-X (DRX), fissisorção BET com nitrogênio, analíse química por espectroscopia de emissão atómica, redução a temperatura programada (TPR), oxidação a ii temperatura programada (TPO) e microscopia eletrônica de transmissão (TEM). Foi estudada a distribuição de produtos e parâmetros tais como conversão, rendimento e razão H2/CO no processo de reforma de metano com CO2. Fizeram-se testes de estabilidade nos catalisadores medindo os parâmetros cinéticos com respeito ao tempo. Alguns catalisadores foram estudados em condições extremas de deposição de coque com o fim de investigar a deposição e o efeito das variáveis no seu controle. Encontraram-se as condições adequadas de preparação e ativação destes óxidos em função da estabilidade catalítica observada na reação de reforma de metano com CO2 e do controle na deposição de coque. Os resultados de caracterização, junto com os resultados dos testes catalíticos permitem dizer que a atividade catalítica, estabilidade e controle na deposição dependem fortemente das etapas de incorporação das partículas de níquel na rede, as quais são influenciadas pelas condições de calcinação, grau de sinterização e tipo de interações existentes entre a estrutura Mg-Al e Ní+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