O titanato de estrôncio (SrTiO3) é um óxido de estrutura perovskita e tem sido intensamente estudado para uso em diversas aplicações, entre elas, como suporte catalítico. Entretanto, sua utilização especificamente na reação de deslocamento gás-água ainda é pouco explorada. Esta reação é de interesse para a produção de hidrogênio livre de CO, necessário para aplicações como o abastecimento de células de combustível. Este trabalho de tese teve como objetivo o estudo dos compostos SrTi1-xCuxO3, CuO/SrTiO3 e NiO/SrTiO3 como catalisadores para a reação de deslocamento gás-água, uma vez que, dentre os metais de baixo custo, Cu e Ni são altamente ativos para esta reação. As amostras SrTi1-xCuxO3 foram sintetizadas pelo método dos precursores poliméricos com calcinação em N2 e O2, possibilitando a obtenção de partículas de maior área superficial em comparação com a calcinação convencional em atmosfera ambiente. Para as amostras CuO/SrTiO3 e NiO/SrTiO3, o suporte SrTiO3, foi sintetizado pelo método de sol-precipitação e a impregnação com cobre e níquel foi realizada por via úmida. As técnicas de absorção e difração de raios-X in situ em condições de reação mostraram a estabilidade da estrutura e do estado de oxidação após o tratamento de redução. Imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e de transmissão (TEM) em conjunto com a espectroscopia de raios-X de energia dispersiva (EDX) foram utilizadas a fim de estabelecer uma relação entre a atividade catalítica e o teor a dispersão de fase ativa sobre o suporte. Todas as composições estudadas se mostraram ativas entre 250 e 350°C, entretanto, a composição NiO/SrTiO3 com 10% de Ni apresentou o melhor resultado, com uma conversão de CO a 350°C, próxima ao equilíbrio e estável por um período mínimo de10 h. / Strontium titanate (SrTiO3) is an oxide of perovskite structure and has been extensively studied for use in several applications, including as catalytic support. However, its use specifically in the water-gas shift reaction is still little explored. This reaction is of interest for the production of CO-free hydrogen, required for applications such as in fuel cell. This work aimed to study SrTi1-xCuxO3, CuO/SrTiO3 and NiO/SrTiO3 compounds to be applied as catalysts for the water-gas shift reaction, since, among the low-cost metals, Cu and Ni are highly active for this reaction. The SrTi1-xCuxO3 samples were synthesized by the polymeric precursor method with the samples submitted to a N2 and O2 calcination, making possible to obtain particles with a larger surface area compared to conventional calcination in ambient atmosphere. For the CuO/SrTiO3 and NiO/SrTiO3 samples, the SrTiO3 support was synthesized by the sol-precipitation method and the impregnation with copper and nickel on the support was performed by a wet method. The in situ X-ray absorption and diffraction techniques under reaction conditions showed the stability of the structure and the oxidation state after the reduction treatment. Scanning electron microscopy (SEM) and transmission (TEM) images in conjunction with energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) were used in order to establish a relationship between the catalytic activity and the content and dispersion of the active phase on the support. All the compositions studied were active at 250 to 350 °C, however, the NiO/SrTiO3 sample with 10% of Ni presented the best result, with a CO conversion at 350 °C, close to equilibrium and stable for a minimum of 10 h.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4694.pdf: 2585847 bytes, checksum: 909899004a76bfc5995722cbbb15b2e1 (MD5) Previous issue date: 2012-03-29 / Financiadora de Estudos e Projetos / In this work platinum catalysts supported on CeO2, TiO2, TiO2-CeO2 were prepared for application in water gas shift reaction also called Shift or well known by the letters WGSR - Water Gas Shift Reaction. The mixed titanium dioxide modified with cerium dioxide supports and platinum supported catalysts were obtained by the wet impregnation method, the two supports of titanium dioxide (Degussa and Alfa Aesar) was stabilized by thermal treatment and cerium dioxide support was obtained by thermal decomposition of its precursor. The supports and catalysts were characterized by fluorescence spectroscopy X ray (FRX), X ray diffraction (XRD), the BET method for specific area, CO chemisorption and temperature programmed reduction (TPR). On initial tests the catalysts were activated in situ and tested for WGSR ranging systems that includes the HTS (High Temperature Shift) at 450 350 ° C and LTS (Low Temperature Shift) at 350 200 ° C, and then tested only under LTS conditions. The composition of effluent stream from the reactor was analyzed online by gas chromatograph. It was noted that low charges of cerium oxide is sufficient to enhance the activity and stability of the catalysts supported on mixed oxides when compared with catalysts supported on bare oxides. The effluent stream from the reactor showed compositions similar to those expected when taken into account the ratio H2O/CO. Thus, it was concluded that Pt/Ti-CeO2 is a promising catalyst for application in WGSR reactor. / Neste trabalho foram preparados catalisadores de platina suportados em CeO2, TiO2 e TiO2- CeO2 para aplicação na reação de deslocamento gás-água também conhecida como shift ou WGSR Water Gas Shift Reaction. Os suportes mistos de óxidos de titânio modificados com óxido de cério e os catalisadores de platina suportados foram obtidos pelo método da impregnação molhada, os dois suportes de óxido de titânio (Alfa Aesar e Degussa) foram estabilizados em tratamento térmico e o suporte de óxido cério foi obtido por decomposição térmica de seu precursor. Os catalisadores e suportes foram caracterizados por técnicas de espectroscopia de fluorescência de raios X (FRX), difração de raios X (DRX), medida de área específica pelo método BET, quimissorção de CO e redução à temperatura programada (RTP). Nos ensaios iniciais os catalisadores foram ativados in situ e testados para a WGSR na faixa que compreende os regimes HTS (High Temperature Shift) de 450 a 350 °C e LTS (Low Temperature Shift) de 350 a 200 °C, e depois testados apenas em regime LTS. Os constituintes da corrente efluente do reator foram analisados online por cromatografia gasosa. Foi possível notar que baixos teores de óxido de cério são suficientes para aumentar a atividade e estabilidade dos catalisadores suportados em óxidos mistos quando comparados com os catalisadores suportados em óxidos puros. A corrente efluente do reator apresentou composições próximas das esperadas quando levada em consideração a relação da taxa de alimentação H2O/CO. Assim, pôde-se concluir que Pt/Ti-CeO2 é um catalisador promissor para aplicação no reator de WGSR.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6179.pdf: 1495003 bytes, checksum: 318ff68645a560fe267b89c95dde6663 (MD5) Previous issue date: 2014-03-26 / Universidade Federal de Sao Carlos / The water gas-shift reaction (WGS) is an important step in the production process and purification of H2 from hydrocarbon. Commercially, to overcome the thermodynamic and kinetic limitations, this reaction occurs in two steps, one at higher temperature (450º C to 320ºC) and another step at lower temperature (190º C to 250ºC). The catalyst Cu/ZnO/Al2O3 is used industrially for water gas-shift reaction at low temperature in the chemical and petrochemical industry. Although widely used, are disagreements about the role of each metal in the catalyst, the role of Zn and Al as promoter or stabilizer is not clear and controversies about the influence of some parameters in the activity. This study verified the activity of the catalyst Cu/ZnO/Al2O3 in water gas-shift reaction in the range of temperature, 150ºC to 350ºC, and the feed molar ratio of CO: H2 equal to 1:5. The catalysts were prepared by co-precipitation method, and the effects of content of Al, ratio Cu/Zn and the CeO2 addition was investigated. There was a synergistic effect between the metals Cu-Zn-Al at a ratio (6:3:1), which led to a larger surface area of Cu metallic, and a higher activity compared to the catalysts bimetallics: CuAl (6:1) and CuZn (6:1). By adding Ce to the tri-metallic compound a greater activity was observed at higher temperature than 250ºC, caused by the activation of the effect of oxygen storage characteristic of cerium oxide, however it has been a reduction on stability. The quantity of Al influenced the precursor structure whith formation of rosasita and malachite with low levels of Al, and hydrotalcite structure was observed when the Al content was higher than 11.4% (mass concentration). A great quantity of Al (16% (mass concentration)) was found among the hydrotalcite catalysts, which led to a higher conversion of CO and higher crystallinity, however this activity is almost the same of the catalyst derived from the structures malachite and rosasita (CuZnAl/6:3:1) at high temperature. The catalyst whith Cu/Zn=2 presented higher activity at temperatures below 250ºC, probably due to the higher metallic area, while at high temperature, catalysts with high ratios of Cu/Zn achieved higher conversions. Therefore, this study verifies that TOF (turn over frequency) isn t directly related with surface area of Cu0, the crystallinity and quantity of Cu are factors that influenced the activity of the WGS reaction. / A reação de deslocamento gás-água é uma etapa importante no processo de produção e purificação de H2 a partir de hidrocarbonetos. Comercialmente, para superar as limitações termodinâmicas e cinéticas, esta reação acontece em duas etapas, uma a temperatura mais alta (320ºC a 450ºC) e a outra a temperatura mais baixa (190ºC a 250ºC). Catalisadores Cu/ZnO/Al2O3 são utilizados industrialmente para reação de deslocamento gás-água a baixa temperatura na indústria química e petroquímica. Apesar de amplamente usados, ainda se encontram divergências quanto ao papel de cada metal nesse catalisador. Os papéis do Zn e do Al como promotores ou estabilizadores ainda não estão esclarecidos, além de controvérsias quanto à influência de alguns parâmetros na atividade. Este trabalho verifica a atividade do catalisador Cu/ZnO/Al2O3 na reação de deslocamento gás água no intervalo de temperaturas de 150oC a 350oC e na razão molar CO:H2O de alimentação igual a 1:5. Os catalisadores foram preparados pelo método de coprecipitação, variando os metais Zn e Al na presença de Cu, o teor de Al e a razão Cu/Zn. Além disso, foi adicionado CeO2 como promotor. Observou-se um efeito sinergético entre os metais Cu-Zn-Al na proporção (6:3:1) que levou a uma maior área superficial de Cu metálico e uma maior atividade quando comparado aos bimetálicos CuAl (6:1) e CuZn (6:1). Ao adicionar Ce ao trimetálico, uma maior atividade foi observada a partir de 250ºC, temperatura na qual há a ativação do efeito de armazenamento de oxigênio, característico do óxido de cério, contudo, foi verificado uma redução na estabilidade. O teor de alumínio influenciou na estrutura precursora formada, a rosasita e malaquita. Essas estruturas foram formadas com baixos teores de Al e a hidrotalcita passou a substituir a mesma quando o teor de Al foi próximo a 11,4% (m/m). Um teor ótimo (16% Al (m/m)) foi encontrado dentre os catalisadores de hidrotalcita, a qual levou a uma maior conversão de CO e maior cristalinidade, contudo a atividade deste é próxima à do catalisador derivado das fases rosasita e malaquita (CuZnAl/6:3:1) em alta temperatura. O catalisador com razão Cu/Zn igual a dois apresentou maior atividade em temperaturas abaixo de 250ºC em relação às razões um e três devido, provavelmente, à maior área metálica, enquanto que em alta temperatura, catalisadores com razões Cu/Zn mais altas alcançaram maiores conversões. Verificou-se também que a freqüência de reação (TOF) não está relacionada diretamente com a dispersão/área superficial de Cu0 e que a cristalinidade do Cu e o teor de Cu são fatores que também influenciam na atividade da reação WGS.

O titanato de estrôncio (SrTiO3) é um óxido de estrutura perovskita e tem sido intensamente estudado para uso em diversas aplicações, entre elas, como suporte catalítico. Entretanto, sua utilização especificamente na reação de deslocamento gás-água ainda é pouco explorada. Esta reação é de interesse para a produção de hidrogênio livre de CO, necessário para aplicações como o abastecimento de células de combustível. Este trabalho de tese teve como objetivo o estudo dos compostos SrTi1-xCuxO3, CuO/SrTiO3 e NiO/SrTiO3 como catalisadores para a reação de deslocamento gás-água, uma vez que, dentre os metais de baixo custo, Cu e Ni são altamente ativos para esta reação. As amostras SrTi1-xCuxO3 foram sintetizadas pelo método dos precursores poliméricos com calcinação em N2 e O2, possibilitando a obtenção de partículas de maior área superficial em comparação com a calcinação convencional em atmosfera ambiente. Para as amostras CuO/SrTiO3 e NiO/SrTiO3, o suporte SrTiO3, foi sintetizado pelo método de sol-precipitação e a impregnação com cobre e níquel foi realizada por via úmida. As técnicas de absorção e difração de raios-X in situ em condições de reação mostraram a estabilidade da estrutura e do estado de oxidação após o tratamento de redução. Imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e de transmissão (TEM) em conjunto com a espectroscopia de raios-X de energia dispersiva (EDX) foram utilizadas a fim de estabelecer uma relação entre a atividade catalítica e o teor a dispersão de fase ativa sobre o suporte. Todas as composições estudadas se mostraram ativas entre 250 e 350°C, entretanto, a composição NiO/SrTiO3 com 10% de Ni apresentou o melhor resultado, com uma conversão de CO a 350°C, próxima ao equilíbrio e estável por um período mínimo de10 h. / Strontium titanate (SrTiO3) is an oxide of perovskite structure and has been extensively studied for use in several applications, including as catalytic support. However, its use specifically in the water-gas shift reaction is still little explored. This reaction is of interest for the production of CO-free hydrogen, required for applications such as in fuel cell. This work aimed to study SrTi1-xCuxO3, CuO/SrTiO3 and NiO/SrTiO3 compounds to be applied as catalysts for the water-gas shift reaction, since, among the low-cost metals, Cu and Ni are highly active for this reaction. The SrTi1-xCuxO3 samples were synthesized by the polymeric precursor method with the samples submitted to a N2 and O2 calcination, making possible to obtain particles with a larger surface area compared to conventional calcination in ambient atmosphere. For the CuO/SrTiO3 and NiO/SrTiO3 samples, the SrTiO3 support was synthesized by the sol-precipitation method and the impregnation with copper and nickel on the support was performed by a wet method. The in situ X-ray absorption and diffraction techniques under reaction conditions showed the stability of the structure and the oxidation state after the reduction treatment. Scanning electron microscopy (SEM) and transmission (TEM) images in conjunction with energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) were used in order to establish a relationship between the catalytic activity and the content and dispersion of the active phase on the support. All the compositions studied were active at 250 to 350 °C, however, the NiO/SrTiO3 sample with 10% of Ni presented the best result, with a CO conversion at 350 °C, close to equilibrium and stable for a minimum of 10 h.

Esta dissertação mostra um estudo preliminar da preparação de precursores catalíticos a base de níquel (II) e de sua conversão em catalisadores de xerogéis contendo níquel (NS), bem como o estudo da sua atividade catalítica na reação de deslocamento gás-água. Esta reação foi escolhida como reação modelo para avaliar a atividade catalítica, em especial frente a adição do ácido fosfotungstico (HPW) como promotor catalítico e de organosilanos como agentes promotores da dispersão do Ni. Foram preparados catalisadores NS e NS-x (x = 0,5; 1; 2; 3; 5 e 10% em massa de HPW) via processo sol-gel. A caracterização estrutural foi realizada utilizando-se as técnicas de Energia Dispersiva de Raios X, Difratometria de Raios X, Redução a Temperatura Programada, Fisissorção de Nitrogênio, Espectroscopia de Absorção de Raios X e Espectroscopia de Absorção na Região do Infravermelho. Os testes catalíticos foram realizados no Laboratório de Catálise Heterogênea do IQSC/USP numa temperatura de 250-425 °C, em uma lin ha de reação acoplada a um cromatógrafo a gás para análises in situ dos produtos reacionais gasosos. Os resultados obtidos da primeira parte mostraram que a adição do HPW até 2% em massa de precursor catalítico leva a uma melhora gradual na atividade catalítica de 10 a 31 % medido pela taxa de conversão do CO. Contudo acima de 2% ocorre uma queda de atividade catalítica resultando num comportamento global da conversão de CO do tipo gaussiano com o máximo em 2%. Para explicar este comportamento um modelo qualitativo é proposto baseado na formação de fosfotungstato de níquel amorfo acima de 2%. Na segunda parte do trabalho, a concentração de HPW foi fixada em 2% e a temperatura de reação em 425 °C e foram adicionados organosilanos nitrogenados (amino e nitrila) para avaliar a sua capacidade de funcionar como agentes de dispersão do cátion metálico no precursor híbrido (Ormosil) e do metal no catalisador. O catalisador proveniente do precursor contendo grupo amina possui maior atividade catalítica que aquele contendo nitrila, porém ambos possuem menor atividade que o xerogel catalítico obtido de precursores sem grupos nitrogenados. Contudo, os catalisadores preparados a partir de Ormosils mostravam-se estáveis ao longo do tempo da reação estudada quando comparados com os xerogeis NS-x. / This dissertation describes the preparation of Ni (II)-based catalyst precursor material and its subsequent conversion to Ni-based xerogels catalyst as well as the catalytic activity of the resultant catalyst in water-gas shift reaction. The water-gas shift reaction was selected as a model reaction for the evaluation of catalytic activity of the prepared catalysts. The effect of addition of phosphotungstic acid (HPW) as an activity promoting agent and organosilane as dispersing agents of Ni was also studied. For this purpose, Ni-based catalyst (NS-x) containing various amounts (x) of HPW (x= 0, 0.5, 1, 2, 3, 5, 10 wt. %) were prepared using the sol-gel process. These catalysts were characterized by x-ray diffraction (XRD), energy dispersive x-ray spectroscopy (EDX), temperature-programmed reduction (TPR), nitrogen adsorption measurements (BET method) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). The catalytic tests were performed at a temperature of 250-425 °C in a reactor coupled with gas chromatograph (GC) for direct in situ analysis of the reaction products. The results obtained showed that addition of HPW up to 2 wt % leads to an increase in the efficiency of the catalyst from 10% to 31%, as measured by the rate of conversion of CO. However, further increase in the amount of HPW above 2 wt. % leads to a decrease in activity of the catalyst. A qualitative model based on the formation of amorphous Ni-phosphotungstate salt is proposed to explain this behaviour of the catalyst. In a second part of this study, the amount of HPW (2 wt. %) and temperature (425 °C) were fixed and nitrogenate d silanes with amine and nitrile functional groups were added to the catalyst to evaluate the role of these ormosils as dispersing agents for metallic cations in the hybrid precursor material as well as metallic nickel in the final catalyst. The catalyst derived from precursor containing ormosils with ammine functional groups (3-Aminopropyltriethoxysilane) showed better catalytic activity than those containing nitrile functional groups (4-(Triethoxysilyl)butyronitrile). However, the catalytic activity of the catalysts obtained using ormosils bearing nitrogenated silanes was lower than xerogels catalyst prepared without addition of these silanes. Although, the catalysts prepared using the ormosils bearing nitrogenated silanes showed higher stability than NS-x catalyst.

Esta dissertação mostra um estudo preliminar da preparação de precursores catalíticos a base de níquel (II) e de sua conversão em catalisadores de xerogéis contendo níquel (NS), bem como o estudo da sua atividade catalítica na reação de deslocamento gás-água. Esta reação foi escolhida como reação modelo para avaliar a atividade catalítica, em especial frente a adição do ácido fosfotungstico (HPW) como promotor catalítico e de organosilanos como agentes promotores da dispersão do Ni. Foram preparados catalisadores NS e NS-x (x = 0,5; 1; 2; 3; 5 e 10% em massa de HPW) via processo sol-gel. A caracterização estrutural foi realizada utilizando-se as técnicas de Energia Dispersiva de Raios X, Difratometria de Raios X, Redução a Temperatura Programada, Fisissorção de Nitrogênio, Espectroscopia de Absorção de Raios X e Espectroscopia de Absorção na Região do Infravermelho. Os testes catalíticos foram realizados no Laboratório de Catálise Heterogênea do IQSC/USP numa temperatura de 250-425 °C, em uma lin ha de reação acoplada a um cromatógrafo a gás para análises in situ dos produtos reacionais gasosos. Os resultados obtidos da primeira parte mostraram que a adição do HPW até 2% em massa de precursor catalítico leva a uma melhora gradual na atividade catalítica de 10 a 31 % medido pela taxa de conversão do CO. Contudo acima de 2% ocorre uma queda de atividade catalítica resultando num comportamento global da conversão de CO do tipo gaussiano com o máximo em 2%. Para explicar este comportamento um modelo qualitativo é proposto baseado na formação de fosfotungstato de níquel amorfo acima de 2%. Na segunda parte do trabalho, a concentração de HPW foi fixada em 2% e a temperatura de reação em 425 °C e foram adicionados organosilanos nitrogenados (amino e nitrila) para avaliar a sua capacidade de funcionar como agentes de dispersão do cátion metálico no precursor híbrido (Ormosil) e do metal no catalisador. O catalisador proveniente do precursor contendo grupo amina possui maior atividade catalítica que aquele contendo nitrila, porém ambos possuem menor atividade que o xerogel catalítico obtido de precursores sem grupos nitrogenados. Contudo, os catalisadores preparados a partir de Ormosils mostravam-se estáveis ao longo do tempo da reação estudada quando comparados com os xerogeis NS-x. / This dissertation describes the preparation of Ni (II)-based catalyst precursor material and its subsequent conversion to Ni-based xerogels catalyst as well as the catalytic activity of the resultant catalyst in water-gas shift reaction. The water-gas shift reaction was selected as a model reaction for the evaluation of catalytic activity of the prepared catalysts. The effect of addition of phosphotungstic acid (HPW) as an activity promoting agent and organosilane as dispersing agents of Ni was also studied. For this purpose, Ni-based catalyst (NS-x) containing various amounts (x) of HPW (x= 0, 0.5, 1, 2, 3, 5, 10 wt. %) were prepared using the sol-gel process. These catalysts were characterized by x-ray diffraction (XRD), energy dispersive x-ray spectroscopy (EDX), temperature-programmed reduction (TPR), nitrogen adsorption measurements (BET method) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). The catalytic tests were performed at a temperature of 250-425 °C in a reactor coupled with gas chromatograph (GC) for direct in situ analysis of the reaction products. The results obtained showed that addition of HPW up to 2 wt % leads to an increase in the efficiency of the catalyst from 10% to 31%, as measured by the rate of conversion of CO. However, further increase in the amount of HPW above 2 wt. % leads to a decrease in activity of the catalyst. A qualitative model based on the formation of amorphous Ni-phosphotungstate salt is proposed to explain this behaviour of the catalyst. In a second part of this study, the amount of HPW (2 wt. %) and temperature (425 °C) were fixed and nitrogenate d silanes with amine and nitrile functional groups were added to the catalyst to evaluate the role of these ormosils as dispersing agents for metallic cations in the hybrid precursor material as well as metallic nickel in the final catalyst. The catalyst derived from precursor containing ormosils with ammine functional groups (3-Aminopropyltriethoxysilane) showed better catalytic activity than those containing nitrile functional groups (4-(Triethoxysilyl)butyronitrile). However, the catalytic activity of the catalysts obtained using ormosils bearing nitrogenated silanes was lower than xerogels catalyst prepared without addition of these silanes. Although, the catalysts prepared using the ormosils bearing nitrogenated silanes showed higher stability than NS-x catalyst.

Orientador: Daniela Zanchet / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-26T07:36:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Kokumai_TathianaMidori_M.pdf: 2185484 bytes, checksum: f809cfde78398806bc98554749cf01c8 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Nanobastões de céria (CeO2) funcionalizados com grupos amino foram utilizados como suporte em catalisadores de cobre para a reação de deslocamento gás-água (WGS). A funcionalização da superfície do óxido foi realizada visando uma melhor dispersão da fase metálica no suporte, através da interação entre o grupo amino e o precursor Cu2+, com a posterior correlação entre esta modificação e a atividade do catalisador. Utilizou-se o método hidrotérmico para a síntese dos nanobastões, que foram posteriormente funcionalizados com 3-(aminopropil)trimetoxisilano. A adição do precursor Cu2+ ao suporte foi feita via impregnação, seguida de calcinação e redução (ativação do catalisador), etapa na qual se formaram as nanopartículas metálicas (Cu0) suportadas. Comparando os catalisadores com suporte de céria pura e de céria funcionalizada, observou-se que de fato a funcionalização resultou na maior dispersão do Cu2+ na superfície. No entanto, ela causou a menor dispersão do metal (Cu0) após a redução, a diminuição da redutibilidade da céria superficial, a fragmentação dos bastões e o menor desempenho catalítico frente à reação de WGS. Visando a compreensão destes sistemas, verificou-se que a calcinação após a adição de Cu2+ na amostra funcionalizada formou uma camada de SiO2 na superfície da céria, o que diminui a atividade por reduzir as interações Cu-CeO2 (formação de Cu-O-Si), corroborando a grande influência desta interface no desempenho destes catalisadores. Além disso, a menor dispersão de Cu0 na superfície funcionalizada após a redução demonstrou a importância da céria também na estabilização da fase metálica. Desta maneira, a funcionalização da superfície se mostrou uma abordagem interessante no que se refere à dispersão do precursor metálico no suporte / Abstract: Amino functionalized ceria nanorods were explored as support on copper catalysts for the water-gas shift (WGS) reaction. The purpose of the design of a functionalized oxide surface was to obtain a better metal phase dispersion on the support provided by amino-Cu2+ interaction, in addition to further correlation between this modification and the catalyst activity. The hydrothermal method was used to synthetize the nanorods, which were subsequently functionalized with 3-(aminopropyl)trimethoxysilane. The Cu2+ precursor was added to the support by impregnation, followed by calcination and reduction (catalyst activation), when the supported metallic (Cu0) nanoparticles were formed. By comparison of the catalysts obtained with pure ceria and functionalized ceria supports it was observed that the functionalization indeed caused a greater Cu2+ dispersion on the oxide surface. However, it gave rise to a lower metal dispersion (Cu0) after reduction step, along with the decrease of surface ceria reducibility, nanorods fragmentation and inferior catalytic performance towards WGS reaction. In order to understand these systems, it was confirmed that the calcination step (after Cu2+ addition) on functionalized sample created a SiO2 layer above ceria surface, therefore lowering the activity due to the decrease of Cu-CeO2 interactions (formation of Cu-O-Si), which corroborated the great influence of Cu-CeO2 interface on the activity. Also, the lower Cu0 dispersion on the functionalized surface after reduction showed the importance of ceria on the metallic phase stabilization. Hence, the surface functionalization demonstrated to be an interesting approach to the dispersion of metal precursor on the catalyst support / Mestrado / Quimica Inorganica / Mestra em Química

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5035.pdf: 2696735 bytes, checksum: 1e1df725e495abb44c7ceab896e17284 (MD5) Previous issue date: 2013-03-12 / Universidade Federal de Sao Carlos / Particle size effect and Ce addition on the catalytic properties of Cu/Al2O3catalysts were investigated for the water gas shift reaction (WGS). The catalysts were prepared by dry impregnation of an aqueous solution of nitrates of the respective metals on alumina, synthesized by sol-gel method. Samples were prepared with 5, 10 and 15% w/w of metallic copper and 12% w/w of CeO2. The catalysts were characterized by X-ray diffraction (XRD), temperature programmed reduction (TPR) spectroscopy, X-ray absorption (XAS). The WGS reaction was performed with reagents ratio of H2O:CO = 1:3 with temperature range from 200 to 350° C. The crystallites CuO were not detected by XRD. As the Cu content increased, the crystallite size of CeO2 decreased with a fluorite type structure from 7.4 to 3.4 nm. The results of TPR showed that the interaction Cu-O-Al was crucial to reduce temperature and ceria addition on the catalysts did not affect the temperature reduction of the CuO. The XANES in situ results along the WGS reaction showed that metallic Cu predominated and ceria was partially reduced. EXAFS results showed that the Cu particle size increased from 0.65 to 0.91 nm with an increased load of copper from 5 to 15%, respectively. After the reduction, step prior to reaction, the catalysts were not completely reduced. The degree of reduction increased with the Cu particle size and it was also dependent on the temperature and the oxidation potential of mixing of the reactants. The addition of ceria did not change the degree of reduction of samples Cu/Al2O3. The results suggest that the Cu particles have a reduced Cu core covered with an oxide layer. The catalytic activity increased as the Cu particle size decreased, which can be associated with the presence of the redox couple Cu+/Cu0. This provides a possibility of CO oxidation and its reoxidation due to water activation. The ceria addition also increased catalytic activity and it is probably attributed to activation of the water on the surface of ceria, followed by transfer of oxygen from its structure to the oxidation of CO in an interface Cu-CeO2. / O efeito do tamanho da partícula de Cu e a adição de céria nas propriedades catalíticas dos catalisadores de Cu/Al2O3 foram investigados para a reação de deslocamento gás água (WGS). Os catalisadores foram preparados por impregnação da solução alcoólica dos respectivos nitratos dos metais em alumina, sintetizada pelo método sol-gel. As amostras foram preparadas com teores de Cu de 5, 10 e 15% m/m e 12% m/m de CeO2. Os catalisadores foram caracterizados por difração de raios X (DRX), redução a temperatura programada (TPR) e espectroscopia de absorção de raios X (XAS). A reação de WGS foi realizada com a razão de reagentes H2O:CO = 3:1 em temperaturas entre 200 e 350ºC . Os cristalitos de CuO não foram detectados por DRX. Com o aumento do teor de Cu de 5 para 15% m/m verificou-se um decréscimo no tamanho de cristalitos de CeO2 com uma estrutura do tipo fluorita de 7,4 para 3,4 nm. A interação Cu-O-Al foi determinante na temperatura de redução dos catalisadores e a adição da céria não afetou a temperatura da redução do CuO. Os resultados de XANES in situ mostraram que ao longo da reação de WGS o Cu na forma metálica foi predominante e a céria encontrava-se parcialmente reduzida. Os resultados de EXAFS mostraram que o tamanho das partículas de Cu aumentou de 0,65 para 0,91nm com o aumento do teor do cobre de 5 para 15%, respectivamente. Após a etapa de redução que antecede a reação, os catalisadores não se encontraram completamente reduzidos. O grau de redução aumentou com o tamanho da partícula de Cu e mostrou-se dependente também da temperatura e do potencial de oxidação da mistura dos reagentes. A adição da céria não modificou o grau de redução das amostras de Cu/Al2O3. Tais resultados sugerem que as partículas de cobre apresentam um núcleo reduzido com óxido de cobre na superfície. A atividade catalítica aumentou com a diminuição do tamanho de partícula de Cu, o que pode estar associado à maior presença do par redox Cu+/Cu0 nas menores partículas. Este possivelmente proporciona a oxidação do CO, reduzindo o Cu+ ao Cu0 e a reoxidação ocorre devido à ativação da água. A adição da céria também aumentou a atividade catalítica, a qual foi atribuída provavelmente à ativação da água nas vacâncias de oxigênio da céria, seguida da transferência de oxigênio de sua estrutura para a oxidação do CO em uma interface Cu-CeO2.