Decomposição do metano sobre catalisadores Co-Al modificados com cobre

Abstract

Nas últimas décadas, tem se intensificado a busca por novas fontes energéticas. Neste contexto, o uso do hidrogênio como combustível é profícuo porque, além de possuir um elevado poder energético, sua combustão não gera poluente algum. Sendo assim, a decomposição catalítica do metano é uma alternativa interessante, pois consiste na produção de hidrogênio puro, sem geração de COx. O objetivo deste trabalho foi estudar o efeito de diferentes teores de cobre em catalisadores contendo cobalto e alumínio na decomposição catalítica do metano. Uma série de catalisadores Co-Al modificados com cobre (com diferentes teores de cobre) foram preparados por co-precipitação e avaliados na reação de decomposição catalítica do metano. Foram testados diferentes razões molares de Co/Cu e dos metais M+2/M+3. Os catalisadores foram caracterizados por medidas de área específica SBET, TPR-H2,TGA-DTA e DRX. As amostras após a reação foram caracterizadas por DRX, TPO e MEV. Os ensaios de atividade foram conduzidos em reator tubular de leito fixo, carga de 100 mg, em temperaturas entre 500 e 750°C, utilizando-se uma razão molar N2/CH4 igual a 9 na alimentação. A influência da ativação, com passagem hidrogênio antes da reação, também foi estudada. Constatou-se uma forte influência sobre a redutibilidade de óxidos de cobalto na presença de Cu. Este metal diminui fortemente a temperatura de redução (em mais de 100°C) do CoAl2O4 devido a um efeito sinergético entre Cu e Co. Os resultados dos testes de atividade indicam que a conversão de CH4 é menor para os catalisadores que contém maior teor de cobre. Além disso, constatou-se que, quando há um pequeno aumento na substituição de cobalto pelo cobre, a atividade não é significativamete alterada. Os testes catalíticos com temperatura constante, bem como a avaliação dos catalisadores reduzidos previamente, sugerem a etapa de redução prévia com hidrogênio pode ser evitada.

In recent decades, has been intensified the search for new energy sources. In this context, the use of hydrogen as a fuel is advantageous because, besides having an high power energy, its combustion does not generate any pollutant. Thus, the catalytic decomposition of methane is an attractive alternative, because pure hydrogen without COx generation. The objective of this work was to study the effect of different amounts of copper over Co-Al catalysts in the catalytic decomposition of methane. The samples were prepared by co-precipitation and evaluated in the reaction of catalytic decomposition of methane to produce hydrogen. Tests were performed with catalysts containing different Co/Cu and M+2/M+3 ratios. Samples were characterized by SBET, TGA, DTA, XRD and TPR. The carbon produced in the reaction was characterized by XRD, SEM and TPO. Tests were performed in a tubular fixed bed reactor, between 500 and 700°C, using a N2/CH4 (9:1 molar). The influence of activation with hydrogen was also studied. The results showed that the presence of Cu strongly decreased the reduction temperature of CoAl2O4 (more than 100ºC) due to a synergistic effect between Cu and Co. The activity runs showed that CH4 conversion decreases as Cu content amount increases. A small increase in the substitution of cobalt by copper does not change significantly the CH4 conversion. Moreover, the run with temperature constant, as well the study of the reduction with H2, suggests that the activation step can be avoid. The analysis of XRD, SEM and TPO suggest that the carbon was formed mainly in the form of single-walled nanotubes.