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DISSERTAÇÃO - CLÁUDIO TARANTO.pdf: 18450159 bytes, checksum: 76f9d1c02e4cdba72b38d11a61fcc786 (MD5) / Considerando a busca por tecnologias mais limpas e sustentáveis, o hidrogênio surge como
uma das fontes de energia mais práticas e sustentáveis do futuro. Esse combustível é obtido
comercialmente pela reforma de gás natural, seguido de uma etapa de purificação, conhecida
como conversão de monóxido a dióxido de carbono com vapor d’água (reação de HTS, High
Temperature Shift). Os catalisadores comerciais empregados nessa reação são constituídos
por hematita (-Fe2O3) contendo cromo hexavalente, um íon tóxico aos seres humanos e ao
meio ambiente. Por essa razão, diversas pesquisas têm sido desenvolvidas visando a
substituir o cromo nesses sólidos. Com o objetivo de otimizar as propriedades de catalisadores
baseados em hematita contendo alumínio (Fe/Al=10) e cobre (Fe/Cu=10) para a reação de
HTS, neste trabalho, estudou-se o efeito do agente precipitante sobre as propriedades desses
sólidos. As amostras foram preparadas através do processo sol-gel, misturando-se soluções
de nitrato férrico e nitrato de alumínio e usando diferentes agentes precipitantes (hidróxido de
sódio e hidróxido de amônio), seguida de impregnação com solução alcoólica de cobre. Os
sólidos foram caracterizados por termogravimetria, espectroscopia no infravermelho com
transformada de Fourier, difração de raios X, medida de área superficial específica e de
porosidade, redução à temperatura programada e espectroscopia Mössbauer. Os
catalisadores foram avaliados na reação de HTS a 1 atm e 400 °C. Observou-se a formação
da hematita e magnetita nos catalisadores antes e após a reação, respectivamente, não se
detectando nenhuma outra fase. Os dopantes foram inseridos na rede do óxido de ferro, o
que pode ser explicado pela similaridade dos raios iônicos das espécies Cu+2, Al+3 e Fe+3;
esse processo foi facilitado pelo hidróxido de amônio. Quando presentes isoladamente, o
alumínio e o cobre aumentaram a área superficial específica dos sólidos obtidos com hidróxido
de amônio mas o hidróxido de sódio inibiu a ação textural do cobre e alumínio, juntos ou
isoladamente. O hidróxido de amônio favoreceu o desenvolvimento de mesoporos
interparticulares nos sólidos macroporosos obtidos. A redutibilidade da hematita foi alterada
pela presença dos dopantes e pela natureza do agente precipitante; o alumínio dificultou a
formação da magnetita (Fe3O4) e do ferro metálico enquanto o cobre e o hidróxido de amônio
facilitaram esses processos. Dessa forma, a presença simultânea dos dopantes favoreceu a
formação da fase ativa (magnetita) e a estabilidade do catalisador, retardando sua
desativação pela formação de ferro metálico. Todos os catalisadores foram ativos na reação
de HTS, mas aqueles contendo cobre, e obtidos com hidróxido de sódio, foram os mais ativos,
devido a um aumento na atividade dos sítios ativos e à maior facilidade de formação da fase
ativa (magnetita). O papel do alumínio foi relacionado ao aumento da resistência dos
catalisadores à redução da fase ativa. O catalisador mais promissor foi aquele preparado com
hidróxido de sódio, que apresentou elevada atividade (10,68 x 10-7 mol.s-1.g-1) e alta
resistência à redução da fase ativa (magnetita), com a vantagem de não ser tóxico, podendo
ser manuseado e descartado sem risco à saúde humana e ao meio ambiente. / Considering the search for cleaner and more sustainable technologies, hydrogen emerges as
one of the most practical and sustainable energy source in the future. This fuel is commercially
obtained by natural gas reforming, followed by a purification step known as the water gas shift
reaction at high temperatures (HTS, High Temperature Shift). The commercial catalysts for
this reaction are composed of hematite (-Fe2O3) containing hexavalent chromium, a toxic ion
to humans and the environment. For this reason, many studies have been carried out aiming
to replace chromium in these solids. In order to optimize the properties of catalysts based on
hematite containing aluminum (Fe/Al= 10) and copper (Fe/Cu= 10) for the HTS reaction, the
effect of precipitating agent on the properties of these solids was studied in this work. Samples
were prepared by sol-gel process by mixing solutions of iron nitrate and aluminum nitrate and
using different precipitating agents (sodium hydroxide and ammonium hydroxide) and
impregnated with an alcoholic solution of copper. The solids were characterized by
thermogravimetry, Fourier transform infrared spectroscopy, X-ray diffraction, specific surface
area and porosity measurement, temperature programmed reduction and Mössbauer
spectroscopy. The catalysts were evaluated in the HTS reaction at 1 atm and 400 °C. It was
found hematite and magnetite in the catalysts before and after reaction, respectively and no
other phase was detected. The dopants were found to be into the iron oxide lattice, a fact that
was explained by the similarity of the ionic radii of Cu+2, Al+3 and Fe+3 species, this process
being facilitated by ammonium hydroxide. Aluminum and copper alone increased the specific
surface area of the solids obtained with ammonium hydroxide but sodium hydroxide inhibited
the textural action of copper and aluminum, together or separately. Ammonium hydroxide
favored the development of nterparticlemesopores in the macroporous solids obtained. The
reducibility of hematite was changed by the dopants and by the kind of the precipitating agent,
aluminum hindering the formation of magnetite (Fe3O4) and metallic iron while copper and
ammonium hydroxide facilitated this process. Therefore, the dopants favored the formation of
active phase (magnetite) and the catalyst stability, delaying its deactivation through the
formation of metallic iron. All catalysts were active in HTS reaction, those containing copper
and obtained with sodium hydroxide being the most active ones, due to increase in the activity
of the active sites and the ease of formation of active phase (magnetite). The role of aluminum
was related to increased resistance to reduction of the active phase. The most promising
catalyst was the one prepared with sodium hydroxide, which showed high activity (10.68 x 10-
7 mol.s-1.g-1) and high resistance against the reduction of the active phase (magnetite), with
the advantage of being non-toxic and can be handled and disposed without risk to human
health and the environment.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:192.168.11:11:ri/16019 |
| Date | 10 February 2014 |
| Creators | Braga, Cláudio Taranto Lima |
| Contributors | Varela, Maria do Carmo Rangel Santos, Pergher, Sibele Berenice Castellã, Pontes, Luiz Antônio Magalhães |
| Publisher | Instituto de Química, Química, UFBA, brasil |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFBA, instname:Universidade Federal da Bahia, instacron:UFBA |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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