Materiais baseados em óxidos de nióbio e alumínio utilizados como suportes para catalisadores destinados à propulsão de satélites - Soares, Márcio Steinmetz (2017)
Neste trabalho foram preparados materiais constituídos por Al2O3 e Nb2O5, na forma de grãos esferoidais para serem usados como suporte de catalisadores aplicados à propulsão. Os suportes foram preparados por quatro diferentes métodos: impregnação úmida do óxido de alumínio moldado por uma solução alcoólica de cloreto de nióbio (NbCl5); impregnação seca do óxido de alumínio por uma solução alcoólica de NbCl5; co-precipitação dos precursores de óxido de alumínio e óxido de nióbio; e mistura física dos precursores desses óxidos previamente autoclavados separadamente. Entre esses métodos, os suportes que apresentaram melhores características para aplicação em propulsão a monopropelente hidrazina (N2H4) foram aqueles preparados por mistura física, contendo 20% m/m de óxido de nióbio (Su20MF) e por impregnações secas sucessivas, contendo 10% m/m de óxido de nióbio (Su10IS). A adição do óxido de nióbio ao óxido de alumínio resultou em acentuado aumento da resistência mecânica à compressão, mas não causou variação significativa do número e força dos sítios ácidos de Lewis, em função dos tratamentos de calcinação efetuados a 873 K por 5 horas. Todos os suportes foram impregnados com solução de H2IrCl6 e após tratamentos de redução sob H2, obteve-se catalisadores de irídio suportados, com elevados teores metálicos, CAT-20Ir, contendo aproximadamente 20% m/m de Ir disperso na superfície do suporte Su10IS, e CAT-27Ir, contendo aproximadamente 27% m/m de Ir disperso na superfície do suporte Su20MF. Caracterizações por quimissorção de H2 e por MET/EDS mostraram que o irídio fixou-se quase que exclusivamente sobre o óxido de alumínio, gerando partículas metálicas com diâmetros médios tanto maiores quanto menores as áreas superficiais expostas desse óxido. Testes efetuados em bancada com as reações de decomposição de hidrazina e de amônia revelaram que a reação com hidrazina ocorre de forma completa em temperaturas acima de 393 K, gerando exclusivamente amônia e nitrogênio, enquanto que a decomposição da amônia inicia-se em temperaturas superiores e diferenciadas, dependendo do catalisador. Durante a reação da hidrazina, a reação de decomposição da amônia formada, produzindo hidrogênio foi acompanhada, sendo tanto menor quanto maior o diâmetro médio das partículas de irídio, sendo que a seletividade ao hidrogênio mostrou ser uma função linear do diâmetro médio, ao menos entre 24 Å e 40 Å. Esse comportamento se deve ao fato de que a decomposição da amônia é uma reação sensível à estrutura da fase ativa destes catalisadores. Já os testes efetuados em propulsores de 5 N de empuxo no Banco de Teste com Simulação de Altitude (BTSA), evidenciaram um aumento da temperatura, da pressão de câmara e também da força de empuxo, devido à menor decomposição da amônia e maiores tempos para o início da decomposição da hidrazina, efeito este relacionado ao número específico de sítios ativos presentes nas superfícies dos catalisadores.