Desenvolvimento de materiais catalíticos para decomposição do N2O para aplicações aeroespaciais - Sayuri Okamoto (2015)
Este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de um catalisador mássico à base de óxidos de cobalto, manganês e alumínio, com estrutura do tipo espinélio, capaz de decompor espontaneamente o óxido nitroso (N$_{2}$O) para emprego em um propulsor de 2 N, buscando sempre temperaturas de ignição da reação inferiores a 773 K. Inicialmente foram estudadas as alterações nas propriedades físico-químicas e texturais dos pellets obtidos, a partir de diversas técnicas de sínteses destes materiais, tais como: tratamento hidrotérmico, coprecipitação, sol-gel e sol-combustão. O método de síntese por coprecipitação, com emprego de dois agentes precipitantes (KOH e K$_{2}$CO$_{3}$), foi o único que gerou um material moldável. Foi também estudada a influência da variação da razão molar dos cátions metálicos (Co:Mn:Al) na decomposição do N$_{2}$O. Testes de bancada mostraram que a razão molar 4:1:1 foi aquela que apresentou a maior atividade catalítica, devida a presença do par redox Co$^{2+}$/Co$^{3+}$. Os materiais foram caracterizados por Difratometria de Raios X, Adsorção de Nitrogênio, Dessorção de N$_{2}$O a Temperatura Programada, Espectrometria Fotoeletrônica de Raios X e Termogravimetria. Posteriormente, foram otimizadas as dimensões geométricas do leito catalítico do micropropulsor de 2 N, empregando a metodologia de Planejamento de Experimentos. Para tanto, foi feito um propulsor em módulos, com diferentes geometrias do leito catalítico, carregado com o material contendo a razão molar 4:1:1. Finalmente, foi fabricado um micropropulsor com empuxo teórico de 2 N, onde foram efetuadas campanhas de testes compostas de tiros contínuos e pulsados, sendo monitorado o empuxo, a pressão e a temperatura do sistema. Os resultados obtidos com o catalisador 4Co1Mn1Al (4:1:1) neste propulsor, foram comparados com os do catalisador (5% Rh$_{2}$O$_{3}$/Al$_{2}$O$_{3}$) tradicionalmente empregado na decomposição do N$_{2}$O. O catalisador 4Co1Mn1Al apresentou maior atividade nesta reação, exibindo uma eficiência da velocidade característica em torno de 97,5%, valor este bem superior àquele obtido pelo catalisador tradicional de 62,5%.