Efeito do alumínio nas propriedades de catalisadores de níquel suportado em óxido de lantânio.

Abstract

Devido ao desenvolvimento econômico dos países, a demanda de energia tem crescido nos últimos anos. O gás natural representa uma importante função no suprimento da demanda de combustíveis nos próximos anos, substituindo o petróleo em algumas aplicações. Seu consumo é inferior à capacidade de produção e, desta maneira, novas tecnologias tem sido desenvolvidas com o objetivo de transformar o gás natural em produtos de maior valor agregado. Entre essas tecnologias, a reforma a vapor do metano é a principal rota para produzir hidrogênio ou gás de síntese (CO + H2). O catalisador comercial, níquel suportado em alumina, possui a desvantagem de sofrer desativação por deposição de coque. Além disso, existe a necessidade de desenvolvimento de catalisadores otimizados para cada propósito e então vários estudos tem sido conduzidos com o objetivo de encontrar novos catalisadores alternativos. Neste contexto, o efeito da adição de alumínio nas propriedades da lantana foi investigado a fim de encontrar novos suportes para os catalisadores propostos. Foram preparados óxido de lantânio puro e óxido de alumino puro, assim como óxidos de lantânio dopado com alumínio (La/Al (molar)= 0.1, 1 e 10), por técnicas de precipitação e por impregnação com nitrato de níquel. Os suportes e precursores foram caracterizados por termogravimetria, análise térmica diferencial, espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier, difração de raios X e medidas de área superficial específica. Os catalisadores foram caracterizados por essas técnicas e também por redução à temperatura programada e espectroscopia fotoeletrônica de raios X. Os catalisadores usados foram caracterizados por medidas de área superficial específica, difração de raios X, espectroscopia fotoeletrônica de raios X e medidas de carbono. Os catalisadores foram avaliados na reforma a vapor do metano a 1 atm e 600 oC. Os resultados mostraram que o alumínio alterou as propriedades da lantana, assim como dos catalisadores de níquel suportados em lantana. A adição de alumínio aumentou a área superficial especifica da lantana e não alterou sua estabilidade térmica. Ele também facilitou a remoção de grupos nitrato dos sólidos e alterou as propriedades redutoras da lantana. Novas fases foram produzidas, principalmente aquelas baseadas em níquel, a área superficial especifica aumentou quando pequenas quantidades de alumínio foram adicionados e a resistência à redução aumentou devido a esse dopante. Todos os sólidos tornaram-se mais ácidos à medida que alumínio foi adicionado e sítios ácidos de força moderada foram criados. O alumínio melhorou a atividade para reforma a vapor do metano e a seletividade a hidrogênio. Os catalisadores sem alumínio mostraram baixa atividade desde as primeiras horas de reação. Por outro lado, os catalisadores dopados com alumínio mostraram elevada atividade e seletividade a hidrogênio, as quais aumentaram durante a reação, no caso dos sólidos com menor quantidade de dopante. Esse fato pode ser explicado em termos de produção de níquel metálico e dos compostos de níquel com forte interação com o suporte. Os catalisadores de níquel suportado em lantana, pura ou com pequenas quantidades de alumínio, produziram largas quantidades de hidrogênio, quando comparado com monóxido de carbono, um fato que foi exp licado considerando a reação de deslocamento da água que ocorreu nas condições de reforma a vapor do metano. Por outro lado, as amostras ricas em alumínio mostraram baixas razões hidrogênio para monóxido de carbono, o que pode ser mais conveniente para síntese de Fischer-Tropsch. Dos resultados, pode-se concluir que a adição de alumínio pode ser usada para otimizar os catalisadores de níquel suportado em lantana com propriedades para várias aplicações. Todos os catalisadores ricos em lantânio foram mais convenientes para produção de hidrogênio puro, enquanto os catalisadores ricos em alumínio foram mais convenientes para produção de gás de síntese.