Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Hydrogen is considered the fuel of the future, due to its high energy density
and its application in fuel cells. Hydrogen is mainly obtained by light hydrocarbons
reforming. In this process, the reaction product is a gas mixture composed by
hydrogen, carbon monoxide and dioxide. However, carbon monoxide (CO)
concentration in this mixture is extremely high for some applications, such as
ammonia synthesis and fuel cells processes, where CO acts as a poison for some
types of catalysts. To remove CO excess and improve hydrogen yield in reforming
processes, it is used the Water-Gas Shift Reaction, which occurs in two steps: at high
temperatures, around 400°C with Fe-Cr catalysts; and at low temperatures, around
250°C with Cu-Zn catalysts. The goal of this work was to develop and to evaluate
copper, zinc and aluminum based catalysts derived from Lamellar Double
Hydroxides (LDH) for the low temperature Water-Gas Shift Reaction. LDH, also
called hydrotalcite-like materials, have useful properties for catalysis, such as
homogeneous metal distribution throughout its structure, improving thermal stability
and catalytic activity. An experimental design for the composition variables, Cu/Zn
and (Cu+Zn)/Al molar ratios, was used, besides the aging treatment influence over
LDH, which was verified by replicating the experiments in two groups: with and
without aging. The catalysts were prepared by the co-precipitation method; and it
was analyzed the influence of preparation conditions over their physical-chemical
properties, such as composition, specific area, porous volume and diameter, as well
as catalytic activity in low temperature Water-Gas Shift Reaction. The presence of
Cu/Zn/Al LDH phase in all prepared catalysts was verified. In some samples, there
were a few impurities, like malachite and aurichalcite in aged catalysts, and zinc and
copper oxides in not aged materials. The aging step also affected the way the Cu/Zn
and (Cu+Zn)/Al molar ratios influence the textural properties and the catalytic activity.
In aged catalysts, the specific area does not show a strong dependency on the
composition. However, these catalysts appear to have higher thermal stability in long
period reactions. Experimental design allowed a better study of the influence of
composition variables on catalysts final characteristics, aiding future studies in the
synthesis of this type of material. / O hidrogênio é considerado o combustível do futuro, devido a sua alta
densidade energética e a sua aplicação em células a combustível. A obtenção de
hidrogênio ocorre, principalmente, através da reforma de hidrocarbonetos leves.
Neste processo, o produto da reação de reforma é uma corrente gasosa composta
por hidrogênio, monóxido e dióxido de carbono. Entretanto, as concentrações do
monóxido de carbono (CO) na mistura reacional são extremamente elevadas para
certas aplicações, como síntese de amônia e utilização em células a combustível,
em que o CO atua como veneno para alguns tipos de catalisadores. Para remover o
excesso de CO e aumentar o rendimento a hidrogênio nos processos de reforma, é
utilizada a reação de deslocamento água-gás (Water-Gas Shift), que ocorre em dois
estágios: a altas temperaturas, em torno de 400°C com catalisadores de Fe-Cr; e a
baixas temperaturas, em torno de 250°C com catalisadores de Cu-Zn. O objetivo
deste trabalho foi desenvolver e avaliar catalisadores de cobre, zinco e alumínio
derivados de Hidróxidos Duplos Lamelares (HDL) para a reação de deslocamento
água-gás a baixas temperaturas. Os HDL, também denominados materiais do tipo
hidrotalcita, possuem características úteis à catálise, como a distribuição
homogênea de metais na sua estrutura, proporcionando uma maior estabilidade
térmica e atividade ao catalisador. Foi utilizado um planejamento de experimentos
para as duas variáveis de composição, as razões molares Cu/Zn e (Cu+Zn)/Al, além
de replicá-los em dois grupos de experimentos com e sem envelhecimento, para
verificar a influência desta etapa nas propriedades dos HDL. Os catalisadores foram
preparados por coprecipitação; e foi analisada a influência das condições de preparo
sobre suas propriedades físico-químicas, tais como composição, área específica,
volume e diâmetro médio de poros, além da atividade catalítica na reação de
deslocamento água-gás a baixas temperaturas. Foi possível verificar a presença da
fase de HDL de Cu/Zn/Al em todos os catalisadores obtidos. Em algumas amostras,
houve a formação de pequenas impurezas, como malaquita e auricalcita, nos
catalisadores envelhecidos, e óxidos de cobre e de zinco nos materiais sem
envelhecimento. A etapa de envelhecimento também afetou a influência das razões
molares Cu/Zn e (Cu+Zn)/Al sobre as propriedades texturais dos catalisadores e
sobre a atividade catalítica. Para catalisadores envelhecidos, a área específica não
depende de forma expressiva da composição. Entretanto, estes catalisadores
aparentam possuir maior estabilidade térmica em reações prolongadas. O
planejamento de experimentos permitiu um melhor estudo de influência das
variáveis de composição nas características finais dos catalisadores, auxiliando
futuros estudos de síntese deste tipo de material.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufsm.br:1/7967 |
| Date | 11 March 2013 |
| Creators | Ribeiro, Glênio Rosinski |
| Contributors | Schwaab, Marcio, Coutinho, Elisa Barbosa, Souza, Mariana de Mattos Vieira Mello, Castilhos, Fernanda de |
| Publisher | Universidade Federal de Santa Maria, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Processos, UFSM, BR, Engenharia de Processos |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSM, instname:Universidade Federal de Santa Maria, instacron:UFSM |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | 300800000005, 400, 300, 300, 300, 300, 300, 6cf90fef-7b71-4f2c-afce-8ee5697dc4de, fe96d77d-4fe6-4f3f-bd4c-1398df99d977, fe5e7a55-7991-46a7-aa57-ea2250b2e84c, 00fcb2eb-5d1a-410f-83e2-c39f5f8f318b, a449cb86-b983-405a-ba9d-b938f1f90e80 |
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