Desenvolvimento de catalisadores mesoporosos baseados em cobre, cério e zircônio para a reação de CO-PROX

Abstract

O hidrogênio é um importante insumo das indústrias químicas e petroquímicas e vem sendo apontado como um promissor combustível pelo seu emprego em células combustíveis do tipo PEMFC. Isso tem aumentado o interesse pela sua produção e purificação. Neste contexto, foi estudado o efeito do teor de cério e zircônio nas propriedades dos catalisadores baseados em cobre, visando a desenvolver catalisadores mesoporosos para a reação de oxidação preferencial do monóxido de carbono (PROX), uma importante etapa na produção comercial de hidrogênio de alta pureza. A reação visa à remoção de monóxido de carbono (proveniente da reforma a vapor de hidrocarbonetos), que atua como veneno na maioria dos catalisadores metálicos. Os suportes foram obtidos por técnicas de co-precipitação e teve como agente direcionador de poros o brometo de cetiltrimetilamônio e impregnados com o precursor de cobre (2 % p/p). As amostras foram caracterizadas por difração de raios X, análise textural a partir de dados de adsorção/dessorção de nitrogênio, espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourier, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia Raman e redução termoprogramada. Os suportes preparados apresentaram propriedades mesoporosas, com isoterma do tipo IV. A distribuição média do tamanho de poros dos suportes ficou em torno de 4 a 10 nm. Observou-se pelas micrografias um aspecto esponjoso característico de materiais mesoporosos, a adição de pequenas quantidades de cério (CZ15), ao catalisador de cobre suportado em zircônia, não estabilizou a fase tetragonal desse óxido; nos sólidos com teores mais elevados de cério (CZ85 e CZ50), a fase tetragonal coexistiu com a fase cúbica do óxido de cério. A área superficial específica dos sólidos diminuiu devido à presença de cério e/ou zircônio, independente do seu teor, porém na presença de cobre não foi observado alteração nos valores da área superficial especifica. A redução das espécies Ce4+ foi afetada pela presença de zircônio e de cobre. Todos os suportes e catalisadores preparados serão analisados na reação de oxidação preferencial do monóxido de carbono. O catalisador com razão 2CZ85 apresentou o maior valor de área superficial especifica, sendo promissor para aplicações em células a combustível do tipo PEMFC

Hydrogen is an important raw material for chemical and petrochemical industries and has been touted as a promising fuel for its use in fuel cells PEMFC type. This has increased interest in the production and purification. In this context, the effect of cerium and zirconium content in the properties of catalysts based on copper was studied aiming to develop mesoporous catalysts for the preferential oxidation reaction of carbon monoxide (PROX), an important step in the commercial production of high hydrogen purity. The reaction aims to carbon monoxide removal (from the hydrocarbon steam reforming), which acts as poison in most metal catalysts. The supports were obtained by co- precipitation techniques and scored as directing agent from the pores and cetyltrimethylammonium bromide impregnated with copper precursor (2% w / w). The samples were characterized by X-ray diffraction, textural analysis from data of adsorption / nitrogen desorption spectroscopy in the infrared Fourier transform spectroscopy, scanning electron microscopy, Raman spectroscopy and termoprogramada reduction. The media had prepared mesoporous properties, with type IV isotherm. The average pore size distribution of the supports was around 4 to 10 nm. It was observed by a characteristic spongy micrographs of mesoporous materials, the addition of small amounts of cerium (CZ15), copper catalyst supported on zirconium, not stabilized tetragonal phase of oxide; the solids with higher concentrations of cerium (CZ85 and CZ50) tetragonal phase to cubic phase coexisted with cerium oxide. The specific surface area of solids decreased due to the presence of cerium and / or zirconium, regardless of its contents, but in the presence of copper was not observed change in values of specific surface area. Reducing Ce4 + species was affected by the presence of zirconium and copper. All brackets and prepared catalysts will be analyzed in preferential oxidation reaction of carbon monoxide. The catalyst rightly 2CZ85 had the highest surface area value specifies, being promising for applications in the type PEMFC fuel cells.