Avaliação de catalisadores Ni/Al2O3 modificados com B2O3 e Cobalto na reação de reforma a seco do metano

dc.contributor.advisorMelo, Dulce Maria de Araújo
dc.contributor.advisor-co1Medeiros, Rodolfo Luiz Bezerra de Araújo
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/7274621195761563pt_BR
dc.contributor.advisorIDhttps://orcid.org/0000-0001-9845-2360pt_BR
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/3318871716111536pt_BR
dc.contributor.authorSilva, Yuri Kauã Rodrigues de Oliveira
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/0000-0001-9081-7193pt_BR
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/1243552193424113pt_BR
dc.contributor.referees1Braga, Tiago Pinheiro
dc.contributor.referees1IDhttps://orcid.org/0000-0001-9543-7368pt_BR
dc.contributor.referees1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9170391410490804pt_BR
dc.contributor.referees2Melo, Vítor Rodrigo de Melo e
dc.date.accessioned2023-09-04T22:31:16Z
dc.date.issued2023-06-06
dc.description.abstractDry reforming of methane (DRM) is a synthetic route for the production of syngasfrom a binary gas mixture with greenhouse gases (CH4 and CO2). This reaction has garnered significant academic interest due to it’s similarity to the production of synthesis gas from biogas reforming, which shares the same componentes, but with varying ratios of CH4 and CO2 and with renewable origin. The main challenge regarding this topic is the rapid deactivation of catalysts, primarily caused by the high production of inorganic carbon (coke) that encapsulates the active phase particles and hinders long-term conversion. In this regard, seven catalysts were planned, prepared, and evaluated following the established mixture design. These included one nickel (Ni) catalyst used as a standard, two boron trioxide (B2O3) promoted Ni catalysts, two bimetallic Ni-Cobalt (Co) catalysts, and two B2O3-promoted bimetallic catalysts, all supported on gammaalumina. The support was synthesized using the microwave-assisted combustion method, employing urea as the fuel. The metals and non-metallic promoter were introduced by coimpregnation with insipid wetness, followed for a subsequent heat treatment at 550 °C for three hours. The catalysts were structurally characterized using X-ray diffraction (XRD), Fouriertransform infrared spectroscopy (FTIR), ultraviolet-visible spectroscopy (UV-Vis), fieldemission scanning electron microscopy (FE-SEM), and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS). Catalyst activation was carried out at 700 °C for one hour under a hydrogen (H2) flow. Catalytic tests were conducted in a fixed-bed catalytic unit coupled with a gas chromatograph. The materials were tested for 12 hours at a space velocity of 96 L·g-1 ·h-1 . The formed carbon was characterized by XRD and Raman spectroscopy, which revealed lower formation of crystalline carbon with a disorder degree of 1.29 for the sample with a higher amount of B2O3. The carbon content was quantified using thermogravimetric analysis (TGA), demonstrating that the insertion of B2O3 reduced the carbon amount by up to 57.7%. The results indicate high stability, improved activity, and reduced coke deposition for the catalysts containing all three components. Statistical modeling shows a strong correlation between the varied components and catalyst performance, with boron significantly reducing coke formation and cobalt providing activity and stability in terms of sintering. The proposed special cubic predictive model demonstrates high statistical significance, as evidenced by the Fisher test with an Fcalc/Ftab ratio of 41.12.pt_BR
dc.description.embargo2025-08-03
dc.description.resumoA reação de reforma a seco do metano (RSM) é uma rota sintética para a produção de gás de síntese partindo de uma mistura gasosa binaria composta de agravantes do efeito estufa (CH4 e CO2), tal reação tem elevado interesse acadêmico devido à similaridade com a produção de gás de síntese a partir da reforma do biogás que possui os mesmos componentes, com razão variada de CH4 e CO2 e origem renovável, a principal problemática acerca da temática é a rápida desativação dos catalisadores, principalmente pela elevada produção de carbono inorgânico (coque) que encapsula as partículas da fase ativa e comprometem a conversão a longo prazo, nesse aspecto foram planejados, preparados e avaliados 7 catalisadores seguindo o estabelecido pelo design de mistura, dos quais 1 catalisador de níquel (Ni) utilizado como padrão, dois catalisadores de Ni promovidos por trióxido de boro (B2O3), 2 catalisadores bimetálicos em sistemas Ni-Cobalto (Co) e 2 catalisadores bimetálicos promovidos por B2O3, todos suportados em gamma-alumina. o suporte foi sintetizado utilizando o método da combustão assistida por micro-ondas utilizando a ureia como combustível, os metais e o promotor não-metálico foram inseridos por impregnação via umidade insípida passando por um tratamento térmico posterior a 550 ºC por três horas. Os catalisadores foram caracterizados estruturalmente por Difração de Raios X (DRX), espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), Espectroscopia no ultravioleta e visível (UV-Vis), microscopia eletrônica de varredura com emissão de campo (MEV-FEG) e espectroscopia de energia dispersiva na região dos raiosX (EDS), a ativação dos catalisadores foi realizada a 700 ºC durante uma hora sob fluxo de hidrogênio (H2), os testes catalíticos foram conduzidos em uma unidade catalítica com reator de leito fixo acoplada a um cromatógrafo gasoso, os materiais foram testados durante 12 horas com uma velocidade espacial foi de 96 L.g-1 .h-1 , o carbono formado foi qualificado por DRX e espectroscopia Raman onde observou-se menor formação de carbono cristalino com grau de desordem de 1,29 para a amostra com maior quantidade de B2O3 e quantificado por análise termogravimétrica (TG) demonstrando que a inserção do B2O3 diminuiu em até 57,7 % a quantidade de carbono produzida. Os resultados indicam elevada estabilidade, melhoria na atividade e diminuição na deposição de coque nos catalisadores com os 3 componentes, a modelagem estatística mostra elevada correlação entre os componentes variados e o desempenho do catalisador, com o boro diminuindo consideravelmente a formação de coque e o cobalto conferindo atividade, bem como estabilidade em termos de sinterização, o modelo preditivo cubico especial proposto, demonstra elevada significância estatística demonstrada pelo teste de Fisher com razão entre Fcalc e Ftab de 41,12.pt_BR
dc.description.sponsorshipConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPqpt_BR
dc.identifier.citationSILVA, Yuri Kauã Rodrigues de Oliveira. Avaliação de catalisadores Ni/Al2O3 modificados com B2O3 e Cobalto na reação de reforma a seco do metano. Orientador: Dulce Maria de Araújo Melo. 2023. 94f. Dissertação (Mestrado em Química) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2023.pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/54682
dc.languagept_BRpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal do Rio Grande do Nortept_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.initialsUFRNpt_BR
dc.publisher.programPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICApt_BR
dc.rightsAcesso Embargadopt_BR
dc.subjectQuímicapt_BR
dc.subjectReforma a seco do metanopt_BR
dc.subjectGás de síntesept_BR
dc.subjectHidrogêniopt_BR
dc.subjectPromotor catalíticopt_BR
dc.subjectNi/Al2O3pt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICApt_BR
dc.titleAvaliação de catalisadores Ni/Al2O3 modificados com B2O3 e Cobalto na reação de reforma a seco do metanopt_BR
dc.typemasterThesispt_BR

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