Catalisador de níquel suportado em óxido de grafeno termicamente reduzido para produção de hidrogênio por reforma a seco do metano

dc.contributor.advisorMelo, Dulce Maria de Araújo
dc.contributor.advisorIDhttps://orcid.org/0000-0001-9845-2360
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/3318871716111536
dc.contributor.authorFarias, Willian Alber da Silva
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/0000-0002-3596-0947
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/0754692042581100
dc.contributor.referees1Martinelli, Antonio Eduardopt_BR
dc.contributor.referees1IDhttps://orcid.org/0000-0003-3885-9104
dc.contributor.referees1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0022988322449627
dc.contributor.referees2Medeiros, Rodolfo Luiz Bezerra de Araújo
dc.contributor.referees2Latteshttp://lattes.cnpq.br/7274621195761563
dc.contributor.referees3Costa, Tiago Roberto da
dc.contributor.referees3Latteshttp://lattes.cnpq.br/2101911477495720
dc.contributor.referees4Oliveira, Ângelo Anderson Silva de
dc.contributor.referees4Latteshttp://lattes.cnpq.br/2636344590780366
dc.date.accessioned2025-10-01T20:41:46Z
dc.date.available2025-10-01T20:41:46Z
dc.date.issued2025-08-21
dc.description.abstractIn recent decades, the significant increase in energy consumption, driven by population growth and intensified industrial activity, has greatly expanded the demand for fossil fuels, contributing to the rise in greenhouse gas (GHG) emissions. Among the main contributors to this climate crisis are methane and carbon dioxide, with natural gas combustion being a relevant source of these emissions. In this context, strategies such as carbon capture and storage (CCS) and the transition to renewable energy sources have become essential. Dry reforming of methane (DRM) has gained growing interest for combining the mitigation of two GHGs with the production of strategic industrial feedstocks. The success of DRM depends heavily on the choice and performance of the catalyst. Nickel has emerged as a cost-effective alternative to noble metals, due to its lower cost and good catalytic activity. However, its susceptibility to sintering and carbon deposition limits its operational stability, requiring the development of supports that promote metal dispersion and provide greater thermal and structural resistance. In this scenario, graphene oxide (GO) and its thermally reduced form (TrGO) emerge as promising supports, due to their high specific surface area, excellent thermal and electrical conductivity, and ability to form strong interactions with metal particles. This study aims to investigate the performance of nickel catalysts supported on reduced GO (Ni-TrGO), assessing how crystal structure, surface morphology, metal dispersion, and nickel content influence catalytic activity during DRM. For this purpose, two distinct formulations (5% and 20% wt Ni) were synthesized and characterized using various analytical techniques, aiming to correlate physicochemical properties with CH₄ and CO₂ conversion parameters, H₂ and CO yield, and post-reaction thermal stability. The results demonstrate that metal–support interactions improve catalytic performance as nickel content increases, aiding in the identification of more effective catalyst formulations for applications in energy valorization processes with lower environmental impact.
dc.description.resumoNas últimas décadas, o aumento expressivo do consumo energético, impulsionado pelo crescimento populacional e pela intensificação da atividade industrial, tem ampliado significativamente a demanda por combustíveis fósseis, contribuindo para a elevação das emissões de gases de efeito estufa (GEE). Entre os principais responsáveis por esse agravamento climático destacam-se o metano e o dióxido de carbono, sendo a queima de gás natural uma fonte relevante dessas emissões. Nesse contexto, estratégias como a captura e armazenamento de carbono (CCS) e a transição para fontes renováveis de energia tornam-se fundamentais. A reforma seca do metano (DRM) tem despertado crescente interesse, por combinar a mitigação de dois GEE com a produção de insumos industriais estratégicos. O sucesso da DRM depende fortemente da escolha e do desempenho do catalisador. O níquel tem se destacado como uma alternativa economicamente viável aos metais nobres, devido ao seu custo reduzido e à sua boa atividade catalítica. No entanto, sua suscetibilidade à sinterização e à deposição de carbono limita sua estabilidade operacional, exigindo o desenvolvimento de suportes que favoreçam a dispersão metálica e proporcionam maior resistência térmica e estrutural. Nesse cenário, o óxido de grafeno (GO) e sua forma reduzida termicamente (TrGO) surgem como suportes promissores, devido à sua elevada área superficial específica, excelente condutividade térmica e eletrônica, e capacidade de formar interações fortes com partículas metálicas. Este estudo tem como objetivo investigar o desempenho de catalisadores de níquel suportados em GO reduzido (Ni-TrGO), avaliando como a estrutura cristalina, a morfologia superficial, a dispersão metálica e a quantidade de níquel influenciam na atividade catalítica durante a reforma seca do metano. Para isso, duas formulações distintas foram sintetizadas (5% e 20% em massa de Ni) e caracterizadas por diversas técnicas analíticas, visando correlacionar as propriedades físico-químicas com os parâmetros de conversão de CH₄ e CO₂, rendimento de H₂ e CO, e estabilidade térmica pós-reação. Os resultados obtidos demonstram que as interações metal-suporte melhoram o desempenho catalítico à medida que o teor de níquel aumenta, auxiliando a identificação de formulações catalíticas mais eficazes para aplicações em processos de valorização energética com menor impacto ambiental.
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES
dc.identifier.citationFARIAS, Willian Alber da Silva. Catalisador de níquel suportado em óxido de grafeno termicamente reduzido para produção de hidrogênio por reforma a seco do metano. Orientadora: Dra. Dulce Maria de Araújo Melo. 2025. 134f. Dissertação (Mestrado 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/123456789/65700
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.subjectReforma seca de metano (DRM)
dc.subjectCatalisador de níquel
dc.subjectÓxido de grafeno reduzido termicamente (TrGO)
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA
dc.titleCatalisador de níquel suportado em óxido de grafeno termicamente reduzido para produção de hidrogênio por reforma a seco do metano
dc.typemasterThesispt_BR

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