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Use este identificador para citar ou linkar para este item: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/24791
Tipo do documento: Tese
Título: Estudo de catalisadores à base de cobre e alumínio, oriundos de precursores do tipo MOF, aplicados na conversão de óxidos de nitrogênio
Título(s) alternativo(s): Study of copper and aluminum-based catalysts derived from MOF-type precursors, applied in the conversion of nitrogen oxides
Autor: Lopes, Daniel Pedrosa 
Primeiro orientador: Santos, Luz Amparo Palacio
Segundo orientador: Zotin, Fatima Maria Zanon
Primeiro membro da banca: Henriques, Cristiane Assumpção
Segundo membro da banca: Rodella, Cristiane Barbieri
Terceiro membro da banca: Assaf, José Mansur
Quarto membro da banca: Rabelo Neto, Raimundo Crisóstomo
Quinto membro da banca: Rodrigues, Victor de Oliveira
Resumo: Como alternativa aos catalisadores à base de metais nobres, catalisadores contendo cobre são bastante promissores na conversão de NOx. Neste trabalho dois precursores foram preparados pelo método de coprecipitação, um bimetálico (Cu, Al) e outro monometálico (Cu) com o objetivo de comparar o efeito do Al no desempenho e na estabilidade térmica dos catalisadores nas reações de redução do NO e N2O pelo CO (reações NO-CO e N2O-CO, respectivamente). Os precursores foram preparados pelo método da coprecipitação, usando tereftalato como ligante, calcinados a 600 °C por 4 h (CuAlc600 e Cuc600) e posteriormente envelhecidos a 900 °C por 12 h (CuAlenv900 e Cuenv900). Os precursores apresentaram uma mistura de fases MOF (Metal-Organic Framework) com impurezas. Não foram observadas diferenças significativas nos espectros de EXAFS de ambos os precursores, indicando que os átomos vizinhos e as distâncias interatômicas provavelmente não são muito diferentes. Após calcinação, os materiais apresentaram a fase cristalina CuO. Além dela, no catalisador CuAlenv900 destaca-se a fase espinélio. O catalisador Cuenv900 apresentou área BET desprezível, provavelmente devido ao fenômeno de sinterização. Esse resultado ficou evidente pelo MEV, onde foi visto a presença de aglomerados de partículas. No geral, os catalisadores com alumínio tiveram boa atividade catalítica, mas, os catalisadores sem alumínio apresentaram queda de atividade após 400 °C. Entre os catalisadores que contêm Al, o CuAlenv900 apresentou a melhor atividade em ambas as reações, provavelmente devido à presença da fase espinélio. O CuAlc600 apresentou menor rendimento de N2O durante a reação NO-CO, resultado da eficiente conversão do N2O nesse catalisador. Em particular, nos catalisadores CuAlc600 e CuAlenv900 encontrou-se maior razão oxigênio adsorvido/oxigênio da rede na superfície comparado aos catalisadores sem alumínio, indicando que estes catalisadores provavelmente têm mais sítios de adsorção na superfície, podendo justificar sua maior atividade. Apesar das diferenças de configuração dos experimentos in situ realizados no LNLS (reator, vazão, massa de catalisador, tempo de pré-tratamento), os resultados obtidos contribuíram com a análise dos testes catalíticos convencionais. Na reação N2O-CO acompanhada por DRX in situ, observou-se que os tamanhos dos cristalitos de cobre metálico presentes nos catalisadores com alumínio são mais estáveis termicamente que os presentes nos catalisadores sem alumínio, o que pode explicar seu melhor desempenho ao longo de toda a faixa de temperatura estudada. Os resultados de conversão nas reações de redução do NO e/ou do N2O acompanhadas por XANES e DRX in situ apontam que as fases cristalinas Cu2O e cobre metálico e as espécies reduzidas Cu+ e Cu0 possuem um papel determinante em ambas as reações. Aparentemente não há uma espécie específica que esteja atuando nessas reações, mas pares de espécies que operam num ciclo redox, Cu2+ ↔ Cu+ em baixas temperaturas, e Cu+ ↔ Cu0 em temperaturas mais elevadas.
Abstract: As an alternative to noble metal-based catalysts, copper-containing catalysts are very promising in NOx conversion. In this work, two precursors were prepared by the co-precipitation method, one bimetallic (Cu, Al) and the other monometallic (Cu) in order to compare the effect of Al on the performance and thermal stability of catalysts in the reduction reactions of NO and N2O by CO (NO-CO and N2O-CO reactions, respectively). The precursors were prepared by the coprecipitation method with the terephthalate ligand, calcined at 600 °C for 4 h (CuAlc600 and Cuc600) and later thermally aged at 900 °C for 12 h (CuAlenv900 and Cuenv900). The precursors presented a mixture of MOFs (Metal-Organic Framework) with impurities. No significant differences were observed in the EXAFS spectra of both precursors, indicating that neighboring atoms and interatomic distances are probably not very different. After calcination, the materials showed the crystalline phase CuO. In addition, in the CuAlenv900 catalyst the spinel phase stands out. Cuenv900 catalyst presented negligible surface area, probably due to the sintering phenomenon. This result was evident by SEM results, where the presence of particle agglomerates was seen. In general, catalysts with aluminum had good catalytic activity, but catalysts without aluminum showed a loss of activity above 400 °C. Among the catalysts containing Al, CuAlenv900 showed the best activity in both reactions, probably due to the presence of the spinel phase. CuAlc600 presented the lowest N2O yield during the NO-CO reaction, as a result of the efficiency in converting N2O on this catalyst. In particular, it was found that CuAlc600 and CuAlenv900 catalysts presented the highest adsorbed oxygen/network oxygen ratio on their surface when compared to free-aluminum catalysts, indicating that these catalysts probably have more adsorption sites on their surfaces, which may justify their higher activity. Despite the differences in the configuration of the in-situ experiments carried out at LNLS (reactor, flow, catalyst mass, pre-treatment time), the results contributed to the analysis of conventional catalytic tests. In the N2O-CO reaction accompanied by in situ XRD, it was observed that the size of metallic copper crystallites present in the catalysts with aluminum are more thermally stable than those present in free-aluminum catalysts, which may explain their better performance throughout the studied temperature range. The results of NO and/or N2O reduction reactions accompanied by XANES and in situ XRD indicate that the Cu2O and metallic copper crystalline phases and Cu+ and Cu0 species play a determinant role in both reactions. Apparently there is no specific specie that is acting in these reactions, but pairs of species that operate in a redox cycle, Cu2+ ↔ Cu+ at low temperatures (< 300°C), and Cu+ ↔ Cu0 at high temperatures (> 300 °C).
Palavras-chave: Redução de NOx
Cobre
Alumínio
MOF
XANES
EXAFS
NOx reduction
Copper
Aluminum
Área(s) do CNPq: ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Sigla da instituição: UERJ
Departamento: Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto de Química
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
Citação: LOPES, Daniel Pedrosa. Estudo de catalisadores à base de cobre e alumínio, oriundos de precursores do tipo MOF, aplicados na conversão de óxidos de nitrogênio. 2021. 218 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Instituto de Química, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro , 2021.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/24791
Data de defesa: 17-Dez-2021
Aparece nas coleções:Doutorado em Engenharia Química



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