Synthesis study of alumina-lanthana supported nickel catalysts for hydrogen production by ethanol steam reforming

O uso do hidrogênio, como vetor energético, representa uma opção promissora a fim de se reduzir a dependência dos combustíveis fósseis e controlar a emissão de poluentes na atmosfera. Atualmente, uma das rotas mais propícias para produção de hidrogênio envolve a reação de reforma a vapor de álcoois utilizando-se catalisadores de níquel suportados em alumina. O níquel é amplamente utilizado em catálise devido ao baixo custo e à elevada atividade para ruptura da ligação C-C. A alumina, por sua vez, promove maior dispersão do metal ativo devido aos valores elevados de área superficial das estruturas cristalinas de transição, sobretudo da fase gama, característica esta diretamente relacionada às condições de síntese. A incorporação de lantânia, como aditivo, tem sido considerada por moderar a acidez da superfície do suporte e minimizar a deposição de carbono no catalisador durante a reação de reforma. Tendo em vista que a atividade dos catalisadores na reação de reforma é função das características físicas e químicas desses materiais, avaliou-se, no presente trabalho, a rota de síntese por coprecipitação de hidróxidos em associação ao uso de surfactante e tratamento solvotérmico. A rota de mistura de pós de óxido de níquel com alumina, ambos preparados por precipitação individual, foi adotada para comparação dos resultados obtidos por coprecipitação. Nas condições otimizadas do processo, estudou-se o efeito da adição de óxido de lantânio nas propriedades dos materiais sintetizados. Verificou-se que o método de coprecipitação permitiu a obtenção de óxidos mistos com elevada área superficial (na faixa de 170 a 260 m2g-1), ao passo que a mistura de óxidos conduziu à formação de pós constituídos por fases distintas de alumina e óxido de níquel, com menor área superficial (na faixa de 60 a 180 m2.g-1). Após avaliação do comportamento de redução do óxido de níquel contido nesses materiais, as propriedades dos pós obtidos foram correlacionadas com o desempenho na produção de hidrogênio pela reforma do etanol. De acordo com os resultados, o catalisador preparado por coprecipitação apresentou menor atividade na produção de hidrogênio, comparativamente aos materiais obtidos por coprecipitação em associação com tratamento solvotérmico e mistura de óxidos. Em contraste, verificou-se uma menor quantidade de carbono acumulado sobre o catalisador preparado por coprecipitação, indicativo da elevada estabilidade catalítica deste material durante a reação de reforma.Hydrogen use as an energy vector represents a promising option in order to reduce the dependence on fossil fuels and to control the emission of pollutants into the atmosphere. Nowadays, one of the most important routes for hydrogen production includes steam reforming reactions of alcohols over alumina-supported nickel catalysts. Nickel is largely applied in catalysis because of its low cost and high activity for C-C bond rupture. Alumina, in turn, promotes appropriate dispersion of the active metal due to the high surface area values of its transition crystalline structures, especially gamma phase. These characteristics are related to synthesis conditions. Incorporation of lanthana as an additive has been considered to control alumina surface acidity and to inhibit catalyst deactivation by carbon deposition during reforming reaction. Considering that catalyst activity is a function of materials physical and chemical properties, it was evaluated in this work powder synthesis route by coprecipitation in association with surfactant templating method and solvothermal treatment. Mechanical milling of nickel oxide and alumina powders, which were individually prepared by chemical precipitation, was adopted for comparison purposes. Under optimized preparation conditions, the effect of lanthanum oxide addition on the materials properties was studied. It was verified that coprecipitation allowed the production of high surface area mixed oxides (170-260 m2g-1). Mechanical mixture led to the formation of materials constituted by alumina and nickel oxide phases, with low surface area (60-180 m2.g-1). After evaluation of nickel oxide reduction behavior, in hydrogen atmosphere, a correlation between properties and performance in hydrogen production by ethanol steam reforming was established. According to the results, the catalyst prepared by coprecipitation was less active for hydrogen generation compared to the ones obtained by coprecipitation followed by solvothermal treatment and mechanical milling methods. In contrast, the lowest amount of carbon deposits was found on the catalyst prepared by coprecipitation, which is an indicative of the high catalytic stability during reforming reaction