Influência do teor de cério nas propriedades de catalisadores do tipo Pt/ZrO2 para a purificação de hidrogênio

Abstract

O hidrogênio é um importante insumo das indústrias químicas e petroquímicas e vem sendo apontado como um combustível do futuro, pelo seu emprego em células combustíveis e em motores de combustão interna. Isso tem aumentado o interesse pela sua produção e purificação. Neste contexto, foi estudado o efeito do teor de cério (Ce/Zr= 0,1; 0,2 e 1) nas propriedades dos catalisadores do tipo Pt/ZrO2, visando a desenvolver catalisadores alternativos para a reação de deslocamento de monóxido de carbono com vapor d´água (WGSR), uma importante etapa na produção comercial de hidrogênio de alta pureza. A reação visa à remoção de monóxido de carbono, que atua como veneno na maioria dos catalisadores metálicos. Os suportes foram obtidos por técnicas de precipitação e impregnados com o precursor de platina (1 %). As amostras foram caracterizadas por análise química (EDX), análise térmica (DSC, TG), difração de raios X, medidas da área superficial específica, qumissorção de monóxido de carbono usando espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier, medidas da dispersão metálica e redução termoprogramada. Os catalisadores foram avaliados a 1 atm, na faixa de 100-370 oC, usando razões vapor d´água/gás de processo de 0,6; 0,4 e 0,2, tendo a composição de gás de processo de 10 % CO, 10 % CO2, 60 %H2 e N2 de balanço. Observou-se que a adição de pequenas quantidades de cério (Ce/Zr= 0,1), ao catalisador de zircônia, estabilizou a fase tetragonal desse óxido, em detrimento da fase monoclínica e favoreceu a formação de pequenas partículas; nos sólidos com teores mais elevados de cério (Ce/Zr= 0,2 e 1), as fases monoclínica e tetragonal coexistiram com a fase cúbica do óxido de cério. A área superficial específica dos sólidos aumentou devido à presença de cério, independente do seu teor. A redução das espécies Ce4+ foi afetada pela presença de zircônio e de platina. O aumento da quantidade de cério desfavoreceu a dispersão da platina e tornou estes átomos mais ricos em elétrons. Todos os catalisadores foram ativos na reação de deslocamento de monóxido de carbono com vapor d´água. O catalisador com razão Ce/Zr= 0,1 apresentou a atividade mais elevada, nas condições de vapor d´água/gás de processo= 0,6, o que pode ser atribuído à mais alta dispersão da platina. Este sólido foi mais eficiente que um catalisador comercial, baseado em óxido de ferro contendo óxido de cromo, sendo promissor para aplicações industriais, assim como em células a combustível, com a vantagem de ser mais ativo e menos tóxico.