Produção de hidrogênio a partir da reforma a seco metano utilizando perovskitas LaNiO3 como precursores catalíticos: da análise bibliométrica ao machine learning

dc.contributor.advisorMelo, Dulce Maria de Araújo
dc.contributor.advisor-co1Medeiros, Rodolfo Luiz Bezerra de Araújo
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/7274621195761563
dc.contributor.advisorIDhttps://orcid.org/0000-0001-9845-2360
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/3318871716111536
dc.contributor.authorFavacho, Vanessa Santana Silvapt_BR
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/0000-0002-2332-4476
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/4158005957721927
dc.contributor.referees1Vasconcelos, Bruna Rêgo de
dc.contributor.referees1IDhttps://orcid.org/0000-0002-8328-0399
dc.contributor.referees1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8976568859799716
dc.contributor.referees2Figueredo, Gilvan Pereira de
dc.contributor.referees2IDhttps://orcid.org/0000-0002-3989-1360
dc.contributor.referees2Latteshttp://lattes.cnpq.br/3730724432445516
dc.contributor.referees3Delmonte, Mauricio Roberto Bomiopt_BR
dc.contributor.referees3IDhttps://orcid.org/0000-0001-9016-4217
dc.contributor.referees3Latteshttp://lattes.cnpq.br/9558299312183852
dc.contributor.referees4Braga, Renata Martinspt_BR
dc.contributor.referees4IDhttps://orcid.org/0000-0002-6232-0945
dc.contributor.referees4Latteshttp://lattes.cnpq.br/4603529162393328
dc.date.accessioned2025-10-14T20:20:17Z
dc.date.available2025-10-14T20:20:17Z
dc.date.issued2025-07-22
dc.description.abstractDry reforming of methane (DRM) is a catalytic reaction that uses two greenhouse gases (CH4 and CO2) to produce syngas, a mixture of H2 and CO. A bibliometric analysis on perovskites synthesized by the hydrothermal method was carried out and revealed that LaNiO3 has been employed as a catalytic precursor in DRM. However, this bibliometric analysis also showed a scarcity of studies directly relating synthesis parameters to morphology and catalytic activity. Therefore, the objective of this study is to investigate the influence of variables such as pH (9–13), time (6–24 h), temperature (160–200 °C), pressure (autogenous–85 bar), and the use of soft templates (cetyltrimethylammonium bromide and citric acid) on the morphology of LaNiO3 synthesized via the hydrothermal method, and to evaluate the relationship between these parameters and performance in DRM. A preliminary study indicated that pH is a key variable in the synthesis of LaNiO3, influencing particle morphology and, consequently, catalytic performance. Based on the bibliometric analysis and the preliminary results, a full factorial design of experiments (DoE) combined with machine learning (ML) was applied to explore the interactions between synthesis and reaction variables, as well as catalyst properties and performance. The results showed that the DRM reaction temperature was the most significant factor affecting catalytic performance, with higher temperatures (800 °C) leading to greater H2 yields (74–80%). Moreover, higher reaction temperatures also resulted in lower carbon deposition; however, the deposited carbon was more ordered (ID/IG = 0.56–0.79) and more crystalline (48–68 nm), making its removal and catalyst regeneration more difficult. The synthesis pH also proved to be a fundamental variable, where a more alkaline pH (13) positively influenced H2 yield (up to 10% higher) and negatively impacted carbon deposition (>57 wt%). The highest H2 yields were obtained with fresh catalysts containing between 20% and 100% of the LaNiO3 phase, associated with crystallite sizes in the range of 25 to 35 nm. The highest carbon depositions were observed in fresh catalysts containing between 60–100% of the LaNiO3 phase, small crystallite sizes (<30 nm), high reduction degrees (>60%), and low reduction temperatures (<540 °C). Finally, the synergistic effect between pH and synthesis pressure was also evaluated, identifying that the sample synthesized at pH 9 under 85 bar exhibited the best performance, with high H2 yield (76–77%) and moderate carbon deposition (20.43 wt%).
dc.description.resumoA reforma a seco do metano (DRM) é uma reação catalítica que utiliza dois gases de efeito estufa (CH4 e CO2) para formar gás de síntese, uma mistura de H2 e CO. Uma análise bibliométrica sobre perovskitas sintetizadas pelo método hidrotermal foi realizada e revelou que o LaNiO3 vem sendo utilizado como precursor catalítico na DRM. Entretanto, essa análise mostrou que há uma escassez de estudos que relacionem diretamente os parâmetros de síntese à morfologia e à atividade catalítica. Assim, o objetivo deste estudo é investigar a influência de variáveis como pH (9–13), tempo (6– 24 h), temperatura (160–200 °C), pressão (autógena–85 bar) e uso de soft templates (brometo de cetiltrimetilamônio e ácido cítrico) na morfologia do LaNiO3 sintetizado via método hidrotermal e avaliar a relação entre esses parâmetros e o desempenho na DRM. Um estudo preliminar indicou que o pH é uma variável fundamental na síntese do LaNiO3, influenciando a morfologia das partículas e o desempenho catalítico. Com base nos resultados preliminares, utilizou-se um planejamento de experimentos (DoE) fatorial completo aliado ao machine learning (ML) para explorar as interações entre as variáveis de síntese e de reação, as propriedades e o desempenho dos catalisadores. Os resultados mostraram que a temperatura da DRM foi o fator mais relevante no desempenho catalítico, em que temperaturas elevadas (800 °C) favoreceram maior rendimento de H2 (74–80%). Além disso, temperaturas reacionais elevadas também favoreceram a menor deposição de carbono, todavia esse carbono é mais ordenado (ID/IG = 0,56–0,79) e mais cristalino (48–68 nm), o que dificulta sua remoção e regeneração do catalisador. O pH de síntese também foi uma variável fundamental, no qual o pH mais alcalino (13) influenciou positivamente no rendimento de H2 (até 10% maior) e negativamente na deposição de carbono (>57% em peso). Os maiores rendimentos de H2 foram obtidos com catalisadores frescos contendo entre 20% e 100% da fase LaNiO3, associados a tamanhos de cristalito na faixa de 25 a 35 nm. As maiores deposições de carbono foram observadas em catalisadores frescos contendo 60–100% da fase LaNiO3, baixos tamanhos de cristalito (<30 nm), elevados graus de redução (>60%) e baixas temperaturas de redução (<540 °C). Por fim, também se avaliou o efeito sinérgico entre pH e pressão de síntese, identificando que a amostra sintetizada em pH 9 sob 85 bar apresentou o melhor desempenho, com alto rendimento de H2 (76–77%) e deposição de carbono moderada (20,43% em peso).
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES
dc.description.sponsorshipConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq
dc.identifier.citationFAVACHO, Vanessa Santana Silva. Produção de hidrogênio a partir da reforma a seco metano utilizando perovskitas LaNiO3 como precursores catalíticos: da análise bibliométrica ao machine learning. Orientadora: Dra. Dulce Maria de Araújo Melo. 2025. 483f. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2025.
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/65846
dc.language.isopt_BR
dc.publisherUniversidade Federal do Rio Grande do Norte
dc.publisher.countryBRpt_BR
dc.publisher.initialsUFRNpt_BR
dc.publisher.programPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAISpt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectProdução de H2
dc.subjectReforma a seco do metano
dc.subjectPerovskitas
dc.subjectPlanejamento de experimentos
dc.subjectMachine learning
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA
dc.titleProdução de hidrogênio a partir da reforma a seco metano utilizando perovskitas LaNiO3 como precursores catalíticos: da análise bibliométrica ao machine learningpt_BR
dc.typedoctoralThesispt_BR

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