Obtenção de H2 através da decomposição do CH4 utilizando catalisadores metálicos suportados

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas. Programa de Pós-graduação em QuímicaEste trabalho descreve a síntese de catalisadores compostos por uma fase ativa contendo Ni e Co em diferentes suportes (Nb2O5, Al2O3, ZnO, SiO2) com o intuito de obter materiais com elevado volume de poros, grande área superficial específica e satisfatória dispersão metálica para serem empregados na reação de decomposição do metano. Foram utilizados os métodos de síntese por impregnação úmida e por precipitação de esferas, sendo este último desenvolvido pelo nosso grupo de pesquisa # LABOCATH. Os catalisadores de Ni e Co/Al2O3, Ni e Co/SiO2, Ni/ZnO e Ni/Nb2O5 foram caracterizados morfologicamente e conduzidos aos testes em diferentes condições operacionais, tais como fluxo dos gases, massas dos catalisadores, razões molares dos substratos e temperaturas reacionais e de calcinação. Os resultados dos testes catalíticos apresentaram, em sua maioria, valores de conversão do CH4 satisfatórios. Os catalisadores de 3,8%-Ni/Al2O3 obtido pelo método de precipitação de esferas, calcinado a 550ºC, utilizado na temperatura reacional de 800ºC (LABOCATH), e o de 10%-Ni/Al2O3 obtido pelo método de impregnação úmida, calcinado a 700ºC utilizado na temperatura reacional de 600ºC, apresentaram durante todo o processo reacional as maiores atividades catalíticas, mesmo com a perda da atividade do segundo após 180min de reação. Indicando que os dois métodos utilizados neste trabalho foram efetivos para o processo de decomposição do CH4. Em geral os catalisadores estudados apresentaram grande potencial para geração de H2 livre de CO e CO2 tornando o processo economicamente atrativo, particularmente para sua aplicação em células combustíveis. This work describes the synthesis of metallic catalysts composed basically by Ni and Co, supported at (Nb2O5, Al2O3, ZnO, SiO2) in order to obtain compounds with high pore volume and active surface area and a good metallic dispersion. These catalysts will be further used in the methane decomposition reaction. The chosen synthesis methods were the wet impregnation and the spheres precipitation; being the last a method developed by our research group # LABOCATH. The Ni and Co/Al2O3, Ni and Co/SiO2 catalysts were morphologic characterized and conducted to tests at different operational conditions, as gases flow, catalysts loading, substrate molar rate and temperatures of the calcination and of the reaction. The catalytic tests showed good methane conversions. The 3,8%-Ni/Al2O3 catalysts obtained through sphere precipitation, calcined at 550ºC and used at a reactional temperature of 800ºC and the 10%-Ni/Al2O3, obtained through wet impregnation, calcined at 700ºC and used at a reactional temperature of 600ºC, they exhibited the highest catalytic activity even with the activity deploy of the second one after 180min. The obtained data indicates that both synthetic methods were effective for the catalysts employed at methane decomposition process. The studied catalysts revealed a huge potential in H2 generation free from CO and CO2, turning the process economically attractive, particularly in fuel cell applications