Orientador: Gustavo Paim Valença

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química

Resumo: A oxidação total do metano foi estudada utilizando catalisadores monometálicos Pd/ZrO2, Pt/ZrO2 e Au/ZrO2 e bimetálicos Pd:Au/ZrO2 e Pt:Au/ZrO2 em diferentes proporções atômicas, os quais foram preparados pelo método da impregnação incipiente a partir de soluções precursoras desses metais...

Resumo: A oxidação total do metano foi estudada utilizando catalisadores monometálicos Pd/ZrO2, Pt/ZrO2 e Au/ZrO2 e bimetálicos Pd:Au/ZrO2 e Pt:Au/ZrO2 em diferentes proporções atômicas, os quais foram preparados pelo método da impregnação incipiente a partir de soluções precursoras desses metais (PdCl2, H2PtCl6.6H2O e HAuCl4.3H2O), sendo que para os catalisadores bimetálicos a adição do segundo metal foi realizada através da impregnação sucessiva. Os teores metálicos totais foram 3,02, 4,15 e 6,18%, para os monometálicos, 1,77 a 4,42% para os catalisadores bimetálicos da série Pd:Au e 2,79 a 6,72% para os catalisadores bimetálicos da série Pt:Au. A caracterização desses materiais foi realizada por volumetria de gases, utilizando quimissorção de hidrogênio, quimissorção de oxigênio, titulação de oxigênio adsorvido com hidrogênio e quimissorção de monóxido de carbono a diferentes temperaturas, cuja análise possibilitou o cálculo do calor isostérico de adsorção. Utilizou-se também a microscopia eletrônica de transmissão (MET) e a espectroscopia de emissão atômica por plasma acoplado indutivamente (ICP-AES), sendo a última para a quantificação dos metais em cada uma das amostras. A existência de interação entre os dois metais, nos catalisadores bimetálicos, foi evidenciada com o emprego da reação de oxidação total do metano, a qual foi estudada em um reator de fluxo contínuo a pressão atmosférica e em quatro diferentes temperaturas (277, 304, 325 e 347 °C). A cinética foi estudada a 277 °C e os resultados indicaram que a reação é insensível à estrutura do catalisador e que a taxa de reação é inibida pelas concentrações da H2O e do CO2. Para os catalisadores da série Pd:Au, observou-se um período de ativação até que o estado estacionário fosse atingido, sendo o comportamento inverso observado para os catalisadores da série Pt:Au. O catalisador ótimo foi aquele que apresentou a maior taxa de giro (TOR) e a menor energia de ativação aparente, o qual foi analisado microcineticamente através do método teórico BOC-MP

Abstract: The total oxidation of methane was studied using monometallic catalysts Pd/ZrO2, Pt/ZrO2 e Au/ZrO2 and bimetallic Pd:Au/ZrO2 and Pt:Au/ZrO2 at different atomic proportions, which were prepared by the incipient impregnation method from precursor solutions of these metals (PdCl2,...

Abstract: The total oxidation of methane was studied using monometallic catalysts Pd/ZrO2, Pt/ZrO2 e Au/ZrO2 and bimetallic Pd:Au/ZrO2 and Pt:Au/ZrO2 at different atomic proportions, which were prepared by the incipient impregnation method from precursor solutions of these metals (PdCl2, H2PtCl6.6H2O and HAuCl4.3H2O), and for the bimetallic catalysts the addition of the second metal was performed by successive impregnation. The total metal contents was 3.02, 4.15 and 6.18 % for the monometallic, 1.77 to 4.42% for bimetallic catalysts series Pd:Au and 2.79 to 6.72% for bimetallic catalysts series Pt:Au. The characterization of these materials was performed by gas volumetry, using hydrogen chemisorption, oxygen chemisorption, hydrogen adsorption with oxygen titration and carbon monoxide chemisorption at different temperatures, whose analysis allowed the calculation of the isosteric adsorption heat. Transmission Electron Microscopy (TEM) and Inductively Coupled Plasma - Atomic Emission Spectroscopy (ICP-AES) were also used, being the last one used for the quantification of the metals in each of the samples. The existence of interaction between the two metals in the bimetallic catalysts was evidenced with the use of the reaction of the total oxidation of methane, which was studied in a continuous flow reactor at atmospheric pressure and at four different temperatures (277, 304, 325 and 347 °C). The kinetics were studied at 277 °C and it was concluded that the reaction is insensitive to the catalyst structure and that the reaction rate is inhibited by H2O and CO2 concentrations. For the catalysts series Pd:Au, an activation period was observed until the steady state was reached, and the inverse behavior was observed for the catalysts series Pt:Au. The optimum catalyst was the one that presented the highest turnover rate (TOR) and the lowest apparent activation energy, which was analyzed microcinetically through the theoretical method BOC-MP

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