Síntese, caracterização e aplicação de hidróxidos duplos lamelares em adsorção e processos catalíticos

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Rosset, Morgana
• Orientador(a): Feris, Liliana Amaral, Pérez Lopez, Oscar William
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Hidróxidos duplos lamelares; Adsorção; Catálise
• Palavras-chave em Inglês: Adsorption; Drugs; Biogas dry reforming; Hydrogen production; Nickel catalysts
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/230224

No presente trabalho, foram preparados por coprecipitação contínua sólidos derivados de hidróxidos duplos lamelares (HDL). A eficiência destes sólidos foi avaliada em duas diferentes aplicações: como adsorventes e como catalisadores. Foi estudada a adsorção de contaminantes emergentes visando à remoção de diclofenaco sódico e ácido acetilsalicílico utilizando os sólidos como adsorventes. Os sólidos também foram avaliados como catalisadores na reação de reforma a seco do metano para a produção de hidrogênio. O primeiro estudo avaliou a aplicação de óxidos de Mg-Al, Zn-Al e Ni-Al como adsorventes para a remoção de diclofenaco sódico a partir de uma solução aquosa sintética em processo batelada. Os parâmetros avaliados foram concentração adsorvente, tempo de contato e eficiência de regeneração do adsorvente via tratamento térmico. Os resultados mostraram elevadas remoções de diclofenaco obtidas nas condições de 2 g L-1 e 60 min sendo C-Zn (3,983 mg g-1), C-Mg (3,529 mg g-1) e C-Ni (2,157 mg g-1). Por meio das técnicas de caracterização foi possível observar a regeneração térmica para o C-Zn e CMg, os quais foram reutilizados por 8 e 4 ciclos, respectivamente. No segundo estudo, foi avaliado ZnAl para a remoção de ácido acetilsalicílico. Foram realizados experimentos em batelada para determinar a concentração de adsorvente, cinética, isotermas de adsorção e termodinâmica, bem com a capacidade de regeneração de ZnAl. Uma remoção de 90% (6,0471 mg g-1) foi obtida nas condições de 3 g L-1 e 45 min. A cinética de adsorção ocorre por dois processos: a adsorção na superfície externa e o fenômeno de reconstrução da estrutura de HDL pelo “efeito memória”. A determinação experimental de isotermas mostrou que o modelo de Sips descreve adequadamente o comportamento das isotermas para esse processo. No que se refere à regeneração do sólido, o tratamento térmico propiciou a regeneração do sólido ZnAl, permitindo sua reutilização em até 6 ciclos. O terceiro estudo investigou catalisadores de Ni-Al para controlar a deposição de carbono na reforma seca do biogás sintético (60% CH4 e 40% CO2). Os catalisadores foram avaliados quanto à etapa de lavagem na preparação e a influência da etapa de redução. As amostras lavadas, reduzidas e não reduzidas mostraram uma alta formação de carbono, enquanto que nenhuma formação de carbono foi observada nas amostras não lavadas na faixa de temperatura de 500 – 750 °C. A amostra não lavada e não reduzida foi a única que manteve a atividade durante os 300 min de reação a 700 °C com conversão de CH4 de 40% e de CO2 de 75%. Além disso, apresentou baixa deposição de coque (< 85 mgC gcat-1) e nenhuma evidência de sinterização. O quarto estudo avaliou catalisadores de Ni-M-Al (M = K, Na e Li) para a reforma a seco de biogás. O catalisador NiLi mostrou a maior resistência à sinterização durante as reações devido à maior temperatura de redução de óxidos mistos (Ni2AlO4 e NiAl2O4), o que resulta em menor tamanho de cristalito de Ni° após a redução. Os resultados a 700 °C mostraram que a desativação do catalisador de NiLi ocorre por deposição de carbono, enquanto para NiK e NiNa ocorre principalmente por sinterização. Todos os catalisadores produziram nanotubos de carbono a 700 °C. No quinto estudo, foram preparados por reconstrução catalisadores Ni-Al contendo Mg ou Zn e avaliados na reforma a seco do Biogás. As amostras filtradas apresentaram reconstrução da estrutura do HDL e exibiram alta basicidade, o que diminui a formação de carbono durante as reações. Dentre os catalisadores avaliados, a reconstrução com Zn e posterior lavagem (Zn-W) levou aos melhores resultados em termos de conversão de CH4, razão H2/CO e resistência à sinterização, o que é atribuído à formação da liga Ni-Zn e propriedades redutoras adequadas para a faixa entre 600 e 700 °C.