Obtenção e caracterização de nanocatalisadores de WC e Ni suporatados em Al2O3 e MCM-41

The search for new sources of renewable energy is a global concern for increasingly sustainable development. Among renewable energy sources, hydrogen (H2) is considered an alternative to fossil fuels due to its minimal environmental impact. This study aimed to obtain and characterize nickel (Ni)...

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Detalhes bibliográficos
Autor principal: Silva, Fernando Erick Santos da
Outros Autores: Sousa, Fábio José Pinheiro
Formato: Dissertação
Idioma:pt_BR
Publicado em: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Assuntos:
Nanocatalisador
Carboneto de tungstênio
Área superficial
Reforma do metano
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
Endereço do item:https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/54689
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Silva, Fernando Erick Santos da
Obtenção e caracterização de nanocatalisadores de WC e Ni suporatados em Al2O3 e MCM-41
description The search for new sources of renewable energy is a global concern for increasingly sustainable development. Among renewable energy sources, hydrogen (H2) is considered an alternative to fossil fuels due to its minimal environmental impact. This study aimed to obtain and characterize nickel (Ni) and tungsten carbide (WC) catalysts supported on alumina (Al2O3) and MCM-41 as potential candidates for hydrogen (H2) production through dry methane (CH4) reforming. Various transition metals such as Co, Pd, Pt, Ru, Rh, Ir, and Ni can be used in the reforming reaction. Tungsten carbide exhibits behavior similar to Pt in various catalytic reactions, resulting from the modification of tungsten's electronic structure through carbon addition. In this context, we successfully synthesized (Ni10%wt.) and (WC10%wt.) catalysts supported on Al2O3 via incipient wetness impregnation with distilled water, as well as (Ni10%wt.), (WC10%wt.), (Ni2%wt.-WC8%wt.), (Ni5% wt.-WC5%wt.), and (Ni8%wt.- WC2%wt.) catalysts supported on MCM-41 via incipient wetness impregnation with ethanol. The (WC) used in the study was produced through carbothermic reduction of ammonium paratungstate (APT). The obtained material was characterized using X-ray diffraction (XRD), X-ray fluorescence, Raman spectroscopy, BET nitrogen adsorption-desorption, and scanning electron microscopy (SEM). Based on the results, it was concluded that the WC synthesis process was efficient, producing nanoscale carbides (15.5nm) with irregular particle shapes and sizes. Incipient wetness impregnation proved to be an effective method for all obtained catalysts, with the nickel phase showing better dispersion on both alumina and MCM-41 supports than the WC phase. However, when both active phases (WC-Ni) were present, the dispersion on the supports improved significantly for the WC active phase. The catalyst (Ni10%wt./Al2O3) exhibited a specific surface area of 3.60 m²/g, while the (WC10%wt./Al2O3) catalyst had a specific surface area of 2.2 m²/g. The Ni10%wt./MCM-41 catalyst had a specific surface area of 588.56 m²/g, whereas the WC10%wt./MCM-41 catalyst showed a surface area of 870.63 m²/g, increasing significantly compared to the nickel active phase (Ni10%p/MCM41).
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This study aimed to obtain and characterize nickel (Ni) and tungsten carbide (WC) catalysts supported on alumina (Al2O3) and MCM-41 as potential candidates for hydrogen (H2) production through dry methane (CH4) reforming. Various transition metals such as Co, Pd, Pt, Ru, Rh, Ir, and Ni can be used in the reforming reaction. Tungsten carbide exhibits behavior similar to Pt in various catalytic reactions, resulting from the modification of tungsten's electronic structure through carbon addition. In this context, we successfully synthesized (Ni10%wt.) and (WC10%wt.) catalysts supported on Al2O3 via incipient wetness impregnation with distilled water, as well as (Ni10%wt.), (WC10%wt.), (Ni2%wt.-WC8%wt.), (Ni5% wt.-WC5%wt.), and (Ni8%wt.- WC2%wt.) catalysts supported on MCM-41 via incipient wetness impregnation with ethanol. The (WC) used in the study was produced through carbothermic reduction of ammonium paratungstate (APT). The obtained material was characterized using X-ray diffraction (XRD), X-ray fluorescence, Raman spectroscopy, BET nitrogen adsorption-desorption, and scanning electron microscopy (SEM). Based on the results, it was concluded that the WC synthesis process was efficient, producing nanoscale carbides (15.5nm) with irregular particle shapes and sizes. Incipient wetness impregnation proved to be an effective method for all obtained catalysts, with the nickel phase showing better dispersion on both alumina and MCM-41 supports than the WC phase. However, when both active phases (WC-Ni) were present, the dispersion on the supports improved significantly for the WC active phase. The catalyst (Ni10%wt./Al2O3) exhibited a specific surface area of 3.60 m²/g, while the (WC10%wt./Al2O3) catalyst had a specific surface area of 2.2 m²/g. The Ni10%wt./MCM-41 catalyst had a specific surface area of 588.56 m²/g, whereas the WC10%wt./MCM-41 catalyst showed a surface area of 870.63 m²/g, increasing significantly compared to the nickel active phase (Ni10%p/MCM41). A busca por novas fontes de energia renovável é uma preocupação mundial para um desenvolvimento cada vez mais sustentável. Dentre as fontes de energias renováveis, o hidrogênio (H2) é apontado como uma alternativa ao uso de combustíveis fósseis, pois apresenta impactos ambientais mínimos. O presente trabalho buscou obter e caracterizar catalisadores de níquel (Ni) e carbeto de tungstênio (WC) suportados em alumina (Al2O3) e MCM-41 como possíveis candidatos para a produção de H2 via reforma a seco do metano (CH4). Vários metais de transição, como Co, Pd, Pt, Ru, Rh, Ir e Ni, podem ser usados na reação de reforma. O carbeto de tungstênio apresenta comportamento semelhante ao da Pt em diversas reações catalíticas, proveniente da modificação da estrutura eletrônica do tungstênio pela adição do carbono. Nesse contexto, conseguimos sintetizar catalisadores de (Ni10%p) e (WC10%p) suportados em Al2O3 via impregnação incipiente com água destilada, e catalisadores de (Ni10%p), (WC10%p), (Ni2%p-WC8%p), (Ni5%p-WC5%p) e (Ni8%p-WC2%p) suportados em MCM-41 via impregnação incipiente com etanol. O (WC) usado no estudo foi produzido por carborredução de paratungstato de amônio (APT). O material obtido foi então caracterizado por difração de raios X (DRX), fluorescência de raios X, espectroscopia Raman, adsorção e dessorção de nitrogênio pelo método BET, e por microscopia eletrônica de varredura (MEV). Com base nos resultados obtidos, foi possível concluir que o processo de síntese do WC foi eficiente, produzindo carbetos com estrutura nanométrica (15,5nm) e morfologia das partículas de formas e tamanhos irregulares. A impregnação incipiente mostrou-se um método eficaz para todas os catalisadores obtidos, sendo que a fase níquel apresentou melhor dispersão sobre o suporte de alumina e o MCM41, que a fase WC. Porém quando tem-se as duas fases ativas (WC-Ni) a dispersão nos suportes melhora significativamente para a fase ativa WC. O catalisador (Ni10%p/Al2O3) apresentou uma área superficial específica de 3,60 m²/g, e, o catalisador (WC10%p/Al2O3), uma área superficial específica de 2,2 m²/g. O catalisador Ni10%p/MCM-41 apresentou área superficial específica de 588,56 m²/g, já o catalisador WC10%p/MCM-41 mostrou uma área superficial de 870,63 m²/g, aumentando significativamente em relação a fase ativa níquel (Ni10%p/MCM-41). 2023-09-04T23:52:25Z 2023-09-04T23:52:25Z 2023-08-07 masterThesis SILVA, Fernando Erick Santos da. Obtenção e caracterização de nanocatalisadores de WC e Ni suporatados em Al2O3 e MCM-41. Orientador: Fábio José Pinheiro Sousa. 2023. 87f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2023. https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/54689 pt_BR Acesso Aberto application/pdf Universidade Federal do Rio Grande do Norte Brasil UFRN PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA

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