Reforma seca do metano com catalisadores do tipo single atom de Ni em liga metálica de Cu suportados em hidrotalcitas do tipo Cu-Mg-Al - Costa, Gabriel Pereira da (2021)
Os recentes avanços tecnológicos tornaram factível a síntese de catalisadores com sua fase ativa atomicamente dispersa. A partir do método de substituição galvânica modificado, catalisadores de Ni suportados em hidrotalcita do tipo Cu-Mg-Al, com 8% de Cu elementar, foram sintetizados. As concentrações de Ni utilizadas permitiram a obtenção de catalisadores com fase ativa amplamente dispersa ao ponto de se obter átomos isolados nas amostras de menor concentração. Foram sintetizados catalisadores com razão Ni/Cu iguais a 0,001; 0,002; 0,01 e 0,1. Para se caracterizar esses novos compostos, os catalisadores foram analisados quanto a sua composição atômica por espectroscopia de raios X por dispersão de energia (EDS e EDX), além de serem caracterizados por análise textural, difração de raios X (DRX), redução a temperatura programada (TPR), quimissorção de H2, dessorção a temperatura programada de CO2 (TPD-CO2), espectroscopia de refletância difusa no infravermelho com transformada de Fourier (DRIFTS) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). As análises de EDS e EDX confirmaram a proporção de Cu e a razão Ni/Cu, respectivamente. Foi observado o efeito de memória típico das hidrotalcitas, com a reconstituição da estrutura lamelar após a impregnação de Ni. A avaliação da redução das amostras indicou a presença de espécies de Ni extremamente dispersas e a avaliação da quimissorção de H2 sugeriu que essas espécies se encontram atomicamente espalhadas sobre o suporte nos catalisadores menos concentrados. O DRIFTS de CO adsorvido como molécula-sonda também indicou a presença de espécies atômicas de Ni nos dois catalisadores com menor concentração de Ni. Os catalisadores e o suporte foram testados na reação de reforma seca do metano, a 800 °C e 100 mL min-1 de uma mistura reacional 1:1:0,5 de CH4:CO2:N2 (GHSV = 120 L gcat 1 h 1). O suporte apresentou atividade e grande desativação após 2 horas. A adição de pequenas quantidades de Ni diminuiu a desativação por coque devido à formação da liga Ni-Cu. Nos catalisadores menos concentrados, a atividade por sítio ativo aumentou com o aumento das espécies atômicas de Ni. Já no catalisador mais concentrado, observou-se a maior conversão e a maior atividade devido à formação de aglomerados de 3-4 átomos de Ni, que se comportam melhor na reação de reforma com CO2 do que os átomos isolados. Os catalisadores foram caracterizados após a reação por espectroscopia Raman e MEV quanto à sinterização e formação de coque. Observou-se a formação preferencial de espécies de carbono desestruturadas, porém as espécies estruturadas foram mais visíveis no microscópio, além da sinterização das partículas de Cu