CoordenaÃÃo de AperfeÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Dry reforming of methane reaction was conducted in the presence of titanate nanotubes (TNTs) modified with Co, Ni and Pt. TNTs were synthesized by hydrothermal treatment and than these solids were either submitted to ion exchange for Ni and Co using hexahydrate nitrate solutions, or they were submitted to wet impregnation with H2Ptl6.6H2O (1% w/w of Pt) solution. The solids were characterized before and after the dry reforming of methane by elemental chemical analysis (CHN), X-ray diffraction (XRD), Raman spectroscopy, nitrogen adsorption-desorption isotherms, thermoprogrammed reduction (TPR), CO2 thermoprogrammed desorption (CO2-TPD), transmission electronic microscopy (TEM), scanning electronic microscopy (SEM-EDS) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Raman and XRD results showed the presence of Na2Ti3O7 phase to all sodic nanotubes, while that the nanotubes modified displayed peaks and vibrational modes relative to CoTi3O7, NiTi3O7 and PtOx/Na2Ti3O7 phases. TEM images exhibited tubular morphology composed by multi-walls, as observed by XRD and Raman. SEM-EDS results showed the nanotubes composition with M/Ti ratio lower than the theoretical (value of 0,33), due to the presence of structural water. The XPS results confirmed the presence of M(OH)2 phase (M=Co, Ni or Pt) present on nanotubes surface. TPR patterns suggested the formation of M0/MTiO3 (M = Co, Ni and Pt) after the reduction of the nanotubes at 650 ÂC. The nitrogen adsorption-desorption isotherms of sodic and modified TNTs showed isotherms type IV with an essentially mesoporous structure. CO2-TPD patterns suggested the presence of weak and moderate basic sites in all catalysts, indicating phase transformation due to the decomposition, in situ, of as-prepared nanotubes. The catalyst NiTNT exhibited the highest CO2 and methane conversion at 600 ÂC, with about 43 and 25%, respectively, and H2/CO ratio equal 1, without deactivation over time. PtTNT was lesser susceptible to coking, although sintering remarkably decreased the performance of this solid. On the other hand, PtTNT and CoTNT showed formation of coke over the PtOx/PtTiO3 and Co0/CoTiO3 active phase, respectively, so that the latter solid deactivated during the dry reforming of methane. / A reaÃÃo da reforma seca do metano foi conduzida na presenÃa de nanotubos de titanatos (TNTs) modificados com Co, Ni e Pt. Os TNTs foram sintetizados via tratamento hidrotÃrmico e, posteriormente, foram submetidos à troca iÃnica por Ni e Co, utilizando soluÃÃes de nitrato hexahidratado, ou foram submetidos à impregnaÃÃo via-Ãmida com soluÃÃo de H2PtCl6.6H2O (1% m/m de Pt). Os catalisadores foram caracterizados antes e apÃs reaÃÃo de reforma seca do metano por anÃlise quÃmica (CHN), difraÃÃo de raios-X (DRX), espectroscopia Raman, isotermas de adsorÃÃo-dessorÃÃo de nitrogÃnio, reduÃÃo termoprogramada (TPR), dessorÃÃo termoprogramada de CO2 (TPD-CO2), microscopia eletrÃnica de transmissÃo (TEM), microscopia eletrÃnica de varredura (MEV-EDS) e espectroscopia fotoeletrÃnica de raios-X (XPS). Os resultados de Raman e DRX evidenciaram a presenÃa da fase Na2Ti3O7 para os nanotubos sÃdicos, enquanto que para os nanotubos modificados foram identificados picos e modos vibracionais referentes Ãs fases CoTi3O7, NiTi3O7 e PtOx/Na2Ti3O7. As imagens de TEM exibiram morfologia tubular composta por multiparedes, corroborando com os resultados de DRX e Raman. Os resultados de MEV-EDS mostraram a composiÃÃo dos nanotubos com razÃo M/Ti menor que o teÃrico (0,33), devido à presenÃa de Ãgua estrutural. Os resultados de XPS confirmaram a existÃncia da fase M(OH)2 (M=Co, Ni ou Pt) presentes na superfÃcie dos nanotubos. As curvas de TPR sugeriram a formaÃÃo da fase M0/MTiO3 (M = Co, Ni e Pt), apÃs a reduÃÃo dos nanotubos a 650 ÂC. As isotermas de adsorÃÃo-dessorÃÃo de nitrogÃnio dos TNTs sÃdicos e modificados apresentaram isotermas do tipo IV com estrutura essencialmente formada por mesoporos. Os perfis de TPD-CO2 sugeriram a presenÃa de sÃtios bÃsicos fracos e moderados em todos os catalisadores, indicando mudanÃa de fase devido à decomposiÃÃo in situ dos nanotubos como sintetizados. O catalisador NiTNT apresentou os melhores resultados de conversÃo de CO2 e metano a 600 ÂC, com aproximadamente 43 e 25%, respectivamente, e razÃo H2/CO igual a 0,5, sem desativaÃÃo ao longo do tempo. PtTNT foi menos susceptÃvel à formaÃÃo de coque, embora o fenÃmeno de sinterizaÃÃo tenha desfavorecido o desempenho do sÃlido. Por outro lado, os sÃlidos PtTNT e CoTNT apresentaram formaÃÃo de coque sobre as fases ativas PtOx/PtTiO3 e Co0/CoTiO3, respectivamente, de modo que este Ãltimo sÃlido desativou durante a reaÃÃo da reforma seca do metano.

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Devido a crescente preocupação com relação ao efeito estufa e com o objetivo de obter produtos de maior valor agregado a partir dos gases CH4 e CO2, este trabalho estudou catalisadores de níquel suportados em diferentes óxidos (Al2O3, CeO2, MgO e ZrO2) promovidos com ZnO aplicados na reação de reforma seca de metano para obter gás de síntese (H2 + CO). Primeiramente foram estudados catalisadores de níquel suportados em ZrO2 dopados com diferentes teores de zinco: 0%, 5%, 12,5% e 25% a fim de selecionar o catalisador mais promissor para estudos posteriores. Também foram utilizados dois métodos de preparo: impregnação e co-precipitação. Os resultados de DRX mostraram que a adição de zinco estabilizou a fase tetragonal da zircônia em todos os teores de zinco e em ambos os métodos de preparo. As análises de RTP mostraram que os catalisadores impregnados sofreram maior redução do que os co-precipitados e para maiores teores de zinco foram necessárias maiores temperaturas de redução. Os testes catalíticos mostraram que o aditivo zinco não exerceu efeito sobre os catalisadores impregnados, porém para as amostras co-precipitadas notou-se um teor ótimo com relação à conversão de reagentes na reação e o catalisador 5Ni12ZZc apresentou os melhores resultados. A deposição de carbono também foi menor nos catalisadores co-precipitados. No estudo dos diferentes suportes, as análises de DRX sugerem a dopagem de todos os óxidos com zinco, pois houve mudanças no parâmetro de rede em todas as amostras. As análises de RTP mostraram que a adição de zinco diminui a temperatura de redução do catalisador suportado em alumina e, no suporte CeO2 o efeito é o contrário. Nos testes catalíticos observaram-se efeitos distintos: nos catalisadores Ni-ZnO-CeO2 e Ni-ZnO-MgO o efeito da adição de zinco causou diminuição na conversão dos reagentes, por outro lado, causou diminuição na deposição de carbono e inibição da formação do carbono grafite; nos catalisadores Ni-ZnO-Al2O3 a conversão de reagentes não se alterou com a adição de zinco porém houve uma diminuição na deposição de carbono. Os melhores resultados, portanto, foram apresentados pelo catalisador 5NiZnAl que converteu acima de 80% dos reagentes e não sofreu desativação pela deposição de carbono. / Due to the increasing concern related to the greenhouse effect and aiming to obtain products with higher added-value from CH4 and CO2 gases, nickel catalysts supported on different oxides (Al2O3, CeO2, MgO and ZrO2) promoted with ZnO were studied and applied to the dry reforming of methane reaction to obtain syngas (H2+CO). Firstly, ZrO2 supported Nickel catalysts doped with different zinc content: 0, 5, 12,5 and 25% molar ratio were used to identify and select the best amount of zinc to further studies. Two preparation methods were investigated: impregnation and co-precipitation. The XRD results showed that the zinc addition stabilized the zircon tetrahedral phase of all catalysts from both preparation methods. The TPR analyses showed that the impregnated catalysts reduced more than the co-precipitated ones and higher reduction temperature was needed for the catalysts with higher zinc content. The catalytic tests indicated that the zinc content did not have any effect over the impregnated catalysts, whilst for the co-precipitated samples, a great content was noted and the 5Ni12ZZc catalyst showed the best results. The co-precipitated catalysts also had lower carbon deposition. In the study of different supports, the XRD analyses showed that the zinc interacts with all the used oxides, because there were changes of the cell parameter of all samples. The TPR analyses indicated that the zinc addition lowers the reduction temperature of the alumina supported catalyst and the effect is opposite for the CeO2 support. Different effects were observed during the catalytic tests: for the CeO2 and MgO supported catalysts the effect of zinc addition caused a decrease in the conversion of reactants, but it lowered the deposition of carbon and inhibited the formation of graffiti carbon; for the Al2O3 supported catalysts, the reactant conversion was the same with the addition of zinc, however there was a reduction on the carbon deposition. Therefore, the best results were obtained for the 5NiZnAl catalyst, which converted over 80% of the reactants and wasn\'t deactivated by carbon deposition.

Catalisadores ativos e estáveis, preparados a partir dos hidróxidos duplos lamelares (HDLs) contendo os cátions Ni2+, Zn2+, Al3+ e Zr4+(NiZn-Al, NiZn-AlZr e NiZn-Zr), foram avaliados na reação de reforma seca do metano. Os precursores foram caracterizados por difração de raios X, confirmando a formação das fases para as amostras de NiZn-Al e NiZn-AlZr. As espectroscopias no infravermelho/Raman elucidaram a ocorrência dos ânions (CO32-) e das moléculas de água na intercamada. A Fisissorção de nitrogênio ( método de BET) determinou a presença de poros e a área superficial específica. As formas das isotermas foram do tipo IV, de acordo com a IUPAC, e representa uma estrutura mesoporosa. A análise termogravimétrica foi utilizada para determinar a temperatura de calcinação dos precursores para obtenção dos catalisadores e as temperaturas utilizadas foram 550 °C, 650 °C e 750 °C. Os resultados de difração de raios X dos catalisadores apresentaram uma mistura de óxidos binários (NiO, ZnO, ZrO2 e Al2O3) e óxidos ternários (NiAl2O4 e ZnAl2O4). As fases de espinélios foram observadas nos catalisadores obtidos a 650°C (Ni/ZnAl-6 e Ni/ZnAlZr-6) e 750°C (Ni/ZnAl-7 e Ni/ZnAlZr-7). A redução a temperatura programada de hidrogênio (TPR-H2) forneceu informações sobre a redução do catalisador. Os resultados exibiram interações entre a fase ativa com as outras fases presentes no intervalo entre 350 - 800 °C, enquanto que a dessorção àtemperatura programada de CO2 (DTP-CO2) mostrou que os catalisadores possuem sítios básicos fracos. Ademais, os catalisadores foram caracterizados por fisissorção de nitrogênio, microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia Raman e basicidade usando um indicador de Hammett. O desempenho dos catalisadores foi avaliado na reação de reforma seca do metano utilizando uma razão molar de alimentação de CH4: CO2 = 1,5:1,0; a fim de simular a composição do biogás. Os resultados mostraram uma maior conversão para o CO2 em todos os catalisadores investigados, o que pode ser atribuído ao maior teor de CH4 alimentado. Além disso, é importante ressaltar a contribuição dos sítios básicos presentes nas amostras, o que pode também contribuir para a conversão do CO2. A maior conversão de CH4 foi observada para os catalisadores tratados a 750 °C. Após as reações, foi observada a formação de carbono grafite sobre todos os catalisadores, com menor percentual para a amostra Ni/ZnAl, calcinadas a 550 °C e 650 °C, e Ni/ZnZr-7, calcinada a 750 °C. Finalmente, os catalisadores calcinados a 650 °C e 750 °C também foram ativados na temperatura de 750°C e os resultados reacionais mostraram que essa temperatura favoreceu o processo de aglomeração e, portanto, promoveu baixas conversões para o CH4 e CO2. / Active and stable catalysts, prepared from the lamellar double hydroxides (HDLs) containing the cations Ni2 +, Zn2 +, Al3 + and Zr4 + (NiZn-Al, NiZn-AlZr and NiZn-Zr) were evaluated in the dry reforming reaction of methane. The precursors were characterized by X-ray diffraction method, confirming the formation of phases for NiZn-Al and NiZn-AlZr samples. Infrared / Raman spectroscopies elucidated the occurrence of anions (CO32-) and water molecules in the interlayer. Nitrogen physisorption (BET method) determined the presence of pores and the specific surface area. The shape of the isotherms were type IV, according to the IUPAC, representing a mesoporous structure. The thermogravimetric analysis was used to determine the calcination temperature of the precursors to obtain the catalysts and the temperatures used were 550 ° C, 650 ° C and 750 ° C. The X-ray diffraction results of the catalysts showed a mixture of binary oxides (NiO, ZnO, ZrO2 and Al2O3) and ternary oxides (NiAl2O4 and ZnAl2O4). The spinel phases were observed in the catalysts obtained at 650 °C (Ni/ZnAl-6 and Ni/ZnAlZr-6) and 750°C (Ni/ZnAl-7 and Ni/ZnAlZr-7) Temperature- programmed reduction with hydrogen (H2-TPR) provided information on catalyst reduction. The results showed interactions between the active phase and the other phases present in the range of 350 - 800 ° C, while temperature- programmed desorption of CO2 (CO2-TPD) showed that the catalysts have weak basic sites. In addition, the catalysts were characterized by Nitrogen physisorption, scanning electron microscopy (SEM), Raman spectroscopy and basicity using a Hammett indicator. The performance of the catalysts was evaluated in the dry reforming reaction of the methane using a CH4: CO2 molar feed ratio = 1.5: 1.0; In order to simulate the biogas composition. The results showed a higher conversion to CO2 in all the catalysts investigated, which can be attributed to the higher content of CH4 fed. In addition, it is important to restate the contribution of the basic sites present in the samples, which may also contribute to the conversion of CO2.The higher conversion of CH4 was observed for the catalysts treated at 750 ° C. After the reactions, the formation of graphite carbon was observed on all the catalysts, with a lower percentage for Ni / ZnAl samples, calcined at 550 ° C and 650 ° C, and Ni / ZnZr-7, calcined at 750 ° C. Finally, the catalysts calcined at 650 ° C and 750 ° C were also activated at the temperature of 750 ° C. and the reaction results showed that this temperature favored the agglomeration process and, therefore, promoted low conversions for CH4 and CO2.

Devido a crescente preocupação com relação ao efeito estufa e com o objetivo de obter produtos de maior valor agregado a partir dos gases CH4 e CO2, este trabalho estudou catalisadores de níquel suportados em diferentes óxidos (Al2O3, CeO2, MgO e ZrO2) promovidos com ZnO aplicados na reação de reforma seca de metano para obter gás de síntese (H2 + CO). Primeiramente foram estudados catalisadores de níquel suportados em ZrO2 dopados com diferentes teores de zinco: 0%, 5%, 12,5% e 25% a fim de selecionar o catalisador mais promissor para estudos posteriores. Também foram utilizados dois métodos de preparo: impregnação e co-precipitação. Os resultados de DRX mostraram que a adição de zinco estabilizou a fase tetragonal da zircônia em todos os teores de zinco e em ambos os métodos de preparo. As análises de RTP mostraram que os catalisadores impregnados sofreram maior redução do que os co-precipitados e para maiores teores de zinco foram necessárias maiores temperaturas de redução. Os testes catalíticos mostraram que o aditivo zinco não exerceu efeito sobre os catalisadores impregnados, porém para as amostras co-precipitadas notou-se um teor ótimo com relação à conversão de reagentes na reação e o catalisador 5Ni12ZZc apresentou os melhores resultados. A deposição de carbono também foi menor nos catalisadores co-precipitados. No estudo dos diferentes suportes, as análises de DRX sugerem a dopagem de todos os óxidos com zinco, pois houve mudanças no parâmetro de rede em todas as amostras. As análises de RTP mostraram que a adição de zinco diminui a temperatura de redução do catalisador suportado em alumina e, no suporte CeO2 o efeito é o contrário. Nos testes catalíticos observaram-se efeitos distintos: nos catalisadores Ni-ZnO-CeO2 e Ni-ZnO-MgO o efeito da adição de zinco causou diminuição na conversão dos reagentes, por outro lado, causou diminuição na deposição de carbono e inibição da formação do carbono grafite; nos catalisadores Ni-ZnO-Al2O3 a conversão de reagentes não se alterou com a adição de zinco porém houve uma diminuição na deposição de carbono. Os melhores resultados, portanto, foram apresentados pelo catalisador 5NiZnAl que converteu acima de 80% dos reagentes e não sofreu desativação pela deposição de carbono. / Due to the increasing concern related to the greenhouse effect and aiming to obtain products with higher added-value from CH4 and CO2 gases, nickel catalysts supported on different oxides (Al2O3, CeO2, MgO and ZrO2) promoted with ZnO were studied and applied to the dry reforming of methane reaction to obtain syngas (H2+CO). Firstly, ZrO2 supported Nickel catalysts doped with different zinc content: 0, 5, 12,5 and 25% molar ratio were used to identify and select the best amount of zinc to further studies. Two preparation methods were investigated: impregnation and co-precipitation. The XRD results showed that the zinc addition stabilized the zircon tetrahedral phase of all catalysts from both preparation methods. The TPR analyses showed that the impregnated catalysts reduced more than the co-precipitated ones and higher reduction temperature was needed for the catalysts with higher zinc content. The catalytic tests indicated that the zinc content did not have any effect over the impregnated catalysts, whilst for the co-precipitated samples, a great content was noted and the 5Ni12ZZc catalyst showed the best results. The co-precipitated catalysts also had lower carbon deposition. In the study of different supports, the XRD analyses showed that the zinc interacts with all the used oxides, because there were changes of the cell parameter of all samples. The TPR analyses indicated that the zinc addition lowers the reduction temperature of the alumina supported catalyst and the effect is opposite for the CeO2 support. Different effects were observed during the catalytic tests: for the CeO2 and MgO supported catalysts the effect of zinc addition caused a decrease in the conversion of reactants, but it lowered the deposition of carbon and inhibited the formation of graffiti carbon; for the Al2O3 supported catalysts, the reactant conversion was the same with the addition of zinc, however there was a reduction on the carbon deposition. Therefore, the best results were obtained for the 5NiZnAl catalyst, which converted over 80% of the reactants and wasn\'t deactivated by carbon deposition.

Catalisadores ativos e estáveis, preparados a partir dos hidróxidos duplos lamelares (HDLs) contendo os cátions Ni2+, Zn2+, Al3+ e Zr4+(NiZn-Al, NiZn-AlZr e NiZn-Zr), foram avaliados na reação de reforma seca do metano. Os precursores foram caracterizados por difração de raios X, confirmando a formação das fases para as amostras de NiZn-Al e NiZn-AlZr. As espectroscopias no infravermelho/Raman elucidaram a ocorrência dos ânions (CO32-) e das moléculas de água na intercamada. A Fisissorção de nitrogênio ( método de BET) determinou a presença de poros e a área superficial específica. As formas das isotermas foram do tipo IV, de acordo com a IUPAC, e representa uma estrutura mesoporosa. A análise termogravimétrica foi utilizada para determinar a temperatura de calcinação dos precursores para obtenção dos catalisadores e as temperaturas utilizadas foram 550 °C, 650 °C e 750 °C. Os resultados de difração de raios X dos catalisadores apresentaram uma mistura de óxidos binários (NiO, ZnO, ZrO2 e Al2O3) e óxidos ternários (NiAl2O4 e ZnAl2O4). As fases de espinélios foram observadas nos catalisadores obtidos a 650°C (Ni/ZnAl-6 e Ni/ZnAlZr-6) e 750°C (Ni/ZnAl-7 e Ni/ZnAlZr-7). A redução a temperatura programada de hidrogênio (TPR-H2) forneceu informações sobre a redução do catalisador. Os resultados exibiram interações entre a fase ativa com as outras fases presentes no intervalo entre 350 - 800 °C, enquanto que a dessorção àtemperatura programada de CO2 (DTP-CO2) mostrou que os catalisadores possuem sítios básicos fracos. Ademais, os catalisadores foram caracterizados por fisissorção de nitrogênio, microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia Raman e basicidade usando um indicador de Hammett. O desempenho dos catalisadores foi avaliado na reação de reforma seca do metano utilizando uma razão molar de alimentação de CH4: CO2 = 1,5:1,0; a fim de simular a composição do biogás. Os resultados mostraram uma maior conversão para o CO2 em todos os catalisadores investigados, o que pode ser atribuído ao maior teor de CH4 alimentado. Além disso, é importante ressaltar a contribuição dos sítios básicos presentes nas amostras, o que pode também contribuir para a conversão do CO2. A maior conversão de CH4 foi observada para os catalisadores tratados a 750 °C. Após as reações, foi observada a formação de carbono grafite sobre todos os catalisadores, com menor percentual para a amostra Ni/ZnAl, calcinadas a 550 °C e 650 °C, e Ni/ZnZr-7, calcinada a 750 °C. Finalmente, os catalisadores calcinados a 650 °C e 750 °C também foram ativados na temperatura de 750°C e os resultados reacionais mostraram que essa temperatura favoreceu o processo de aglomeração e, portanto, promoveu baixas conversões para o CH4 e CO2. / Active and stable catalysts, prepared from the lamellar double hydroxides (HDLs) containing the cations Ni2 +, Zn2 +, Al3 + and Zr4 + (NiZn-Al, NiZn-AlZr and NiZn-Zr) were evaluated in the dry reforming reaction of methane. The precursors were characterized by X-ray diffraction method, confirming the formation of phases for NiZn-Al and NiZn-AlZr samples. Infrared / Raman spectroscopies elucidated the occurrence of anions (CO32-) and water molecules in the interlayer. Nitrogen physisorption (BET method) determined the presence of pores and the specific surface area. The shape of the isotherms were type IV, according to the IUPAC, representing a mesoporous structure. The thermogravimetric analysis was used to determine the calcination temperature of the precursors to obtain the catalysts and the temperatures used were 550 ° C, 650 ° C and 750 ° C. The X-ray diffraction results of the catalysts showed a mixture of binary oxides (NiO, ZnO, ZrO2 and Al2O3) and ternary oxides (NiAl2O4 and ZnAl2O4). The spinel phases were observed in the catalysts obtained at 650 °C (Ni/ZnAl-6 and Ni/ZnAlZr-6) and 750°C (Ni/ZnAl-7 and Ni/ZnAlZr-7) Temperature- programmed reduction with hydrogen (H2-TPR) provided information on catalyst reduction. The results showed interactions between the active phase and the other phases present in the range of 350 - 800 ° C, while temperature- programmed desorption of CO2 (CO2-TPD) showed that the catalysts have weak basic sites. In addition, the catalysts were characterized by Nitrogen physisorption, scanning electron microscopy (SEM), Raman spectroscopy and basicity using a Hammett indicator. The performance of the catalysts was evaluated in the dry reforming reaction of the methane using a CH4: CO2 molar feed ratio = 1.5: 1.0; In order to simulate the biogas composition. The results showed a higher conversion to CO2 in all the catalysts investigated, which can be attributed to the higher content of CH4 fed. In addition, it is important to restate the contribution of the basic sites present in the samples, which may also contribute to the conversion of CO2.The higher conversion of CH4 was observed for the catalysts treated at 750 ° C. After the reactions, the formation of graphite carbon was observed on all the catalysts, with a lower percentage for Ni / ZnAl samples, calcined at 550 ° C and 650 ° C, and Ni / ZnZr-7, calcined at 750 ° C. Finally, the catalysts calcined at 650 ° C and 750 ° C were also activated at the temperature of 750 ° C. and the reaction results showed that this temperature favored the agglomeration process and, therefore, promoted low conversions for CH4 and CO2.