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Tipo do documento: Tese
Título: Catalisadores de Ni-Mn-Al oriundos de HDL nas reações de metanação de CO2 e de deslocamento gás-água
Título(s) alternativo(s): Ni-Mn-Al catalysts obtained from HDL in CO2 methanation and gas-water shift reactions
Autor: Silva, Joana Mara Polycarpo Ferreira da 
Primeiro orientador: Santos, Luz Amparo Palacio
Primeiro coorientador: Faro Júnior, Arnaldo da Costa
Segundo coorientador: Varela, Maria do Carmo Rangel Santos
Primeiro membro da banca: Rodella, Cristiane Barbieri
Segundo membro da banca: Zotin, Fátima Maria Zanon
Terceiro membro da banca: Assaf, José Mansur
Quarto membro da banca: Carvalho, Nakédia Maysa Freitas
Quinto membro da banca: Henao, Santiago Arias
Resumo: É amplamente aceito entre os pesquisadores que o aquecimento global está diretamente ligado ao aumento das concentrações de dióxido de carbono (CO2) na atmosfera. Como tal, as tecnologias destinadas a reduzir as emissões de CO2 têm sido extensivamente estudadas. Neste estudo, precursores bimetálicos (Ni-Mn, Ni-Al, Mn-Al) e trimetálicos (Ni-Mn-Al) foram sintetizados pelo método de coprecipitação para obter hidróxidos duplos lamelares (HDL). A preparação destes catalisadores é facilmente escalável, devido à relativa simplicidade e reprodutibilidade da síntese de HDL. Foram avaliados os efeitos do pH e da proporção molar dos metais sobre as propriedades físico-químicas dos catalisadores. Após calcinação e redução in situ, os óxidos foram avaliados como catalisadores nas reações de hidrogenação de CO2 e na reação de deslocamento gás-água (Water Gas Shift Reaction, WGSR), que são possíveis alternativas para a redução de emissões de CO2. Concluiu-se que o Mn aumentou a área superficial específica dos óxidos e o teor de sítios básicos nos catalisadores, bem como facilitou o início da redução dos materiais. O catalisador mais ativo para a metanação de CO2, obtido em pH mais baixo, contém apenas 6%, em mol, de Mn e apresentou conversão de CO2 e seletividade a CH4 iguais a 82% e 100% a 350 °C, respectivamente, mantendo-se estável por 16 h nesta condição. Em baixas temperaturas, este catalisador esteve entre os mais bem relatados na literatura, com conversão de CO2 e seletividade de CH4 de 40% e 100% a 225 °C, respectivamente. Em temperaturas superiores a 400 °C, a reação reversa do deslocamento gás-água, que compete com a metanação, foi inibida em sólidos com maiores teores de Mn (≥ 40 mol%). Na WGSR, o catalisador bimetálico, composto por Ni e Al, foi o que apresentou melhor desempenho catalítico (XCO = 86%, = 84%) a 300°C. Este resultado é interessante para catalisadores aplicados na WGSR em etapa única, os quais devem ter bom desempenho em temperaturas moderadas. Além disto, em 370°C, sua performance foi melhor que a do catalisador comercial baseado em ferro.
Abstract: It is widely agreed among researchers that global warming is directly linked to increased concentrations of carbon dioxide (CO2) in the atmosphere. As such, technologies aimed at reducing CO2 emissions have been extensively studied. In this study, bimetallic (Ni-Mn, Ni-Al, Mn-Al) and trimetallic (Ni-Mn-Al) precursors were synthesized by a coprecipitation method to obtain layered double hydroxides (LDH). The preparation of these catalysts is easily scalable, due to the relative simplicity and reproducibility of LDH synthesis. The effects of pH and molar proportion of the metals on the catalyst physical and chemical properties were evaluated. After calcination and in-situ reduction, the oxides were evaluated as catalysts in the CO2 hydrogenation and water gas shift reactions, which are possible alternatives to the abatement of global warming. It was concluded that Mn increased the specific area of the oxides and the content of basic sites in the catalyst, as well as facilitated the onset of the materials reduction. The most active catalyst for CO2 methanation, obtained at lower pH, had only 6 mol% Mn and showed CO2 conversion and CH4 selectivity equal to 82% and 100% at 350 °C, respectively, remaining stable for 16 h in this condition. At low temperatures, this catalyst was one of the best performers compared to others in the literature, with CO2 conversion and CH4 selectivity of 40% and 100% at 225 °C, respectively. At temperatures higher than 400 °C, the reverse water gas shift reaction, which competes with methanation, was inhibited in solids with higher Mn contents (≥ 40 mol%). In WGSR, the bimetallic catalyst, composed of Ni and Al, was the one that presented the best catalytic performance (XCO = 86%, = 84%) at 300°C. This fact is interesting for catalysts applied in the WGSR in a single step, which should have good performance at medium temperatures. In addition, at 370°C, its performance was better than that of the commercial iron-based catalyst.
Palavras-chave: Hidróxidos duplos lamelares Ni-Mn-Al
Reação deslocamento gás – água
Metanação de CO2
Caracterizações
Catalisadores
Dióxido de carbono
Ni-Mn-Al layered double hydroxides
Water gas shift reaction
CO2 methanation
Characterizations
Área(s) do CNPq: ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::TECNOLOGIA 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: SILVA, Joana Mara Polycarpo Ferreira da. Catalisadores de Ni-Mn-Al oriundos de HDL nas reações de metanação de CO2 e de deslocamento gás-água. 2025. 179 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Instituto de Química, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2025.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/24913
Data de defesa: 30-Abr-2025
Aparece nas coleções:Doutorado em Engenharia Química



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