ÁREA: Química Inorgânica
TÍTULO: SÍNTESE E CARACTERIZAÇÃO DE CATALISADORES À BASE DE FERRO, NÍQUEL E COBALTO, SUPORTADOS EM ALUMINA OBTIDOS PELO MÉTODO DE COMPLEXAÇÃO METAL-BIOPOLÍMERO QUITOSANA.
AUTORES: Santos, C. (UFAL) ; Almeida, R. (UFAL) ; Caldeira, F. (UFAL) ; Tenorio, N. (UFAL) ; Hortêncio, J. (UFAL)
RESUMO: Foram sintetizados catalisadores de ferro, níquel e cobalto (5% em massa)
suportados em alumina através do método de complexação metal-quitosana. Os
catalisadores foram sintetizados em uma e em duas etapas. As amostras foram
caracterizadas por difração de raios-x (DRX) e redução termoprogramada (TPR). Os
resultados de DRX mostraram sinais referentes a fase γ-Al2O2 (θ = 20,18º, 32,03º,
37,08º, 45,26º, 60,95º, 66,40º) e aos óxidos metálicos empregados. A partir das
análises de TPR foi possível determinar a temperatura de redução para os
catalisadores.
PALAVRAS CHAVES: Caracterização; m-Al2O3; Quitosana
INTRODUÇÃO: O desenvolvimento de processos catalíticos industriais exige a pesquisa e o
desenvolvimento de novos catalisadores, mais ativos e principalmente mais
seletivos e com maior estabilidade térmica e resistência mecânica. Um dado
processo de transformação química é, normalmente, catalisado por um número muito
restrito de catalisadores. Um catalisador real, adaptado a um dado processo, é
normalmente um sólido de composição complexa e é constituído por uma fase ativa
que, para apresentar uma área específica máxima, é depositada sobre um suporte,
em quantidades por vezes muito diminutas [1]. Catalisadores suportados tem sido
fonte de muito estudo porque transmitem ao catalisador a sua morfologia, a sua
textura e a sua resistência mecânica. Neste caso, a dispersão da fase ativa no
suporte, depende de fatores como a concentração das soluções, tipo de solvente,
temperatura, agitação, secagem e tratamentos térmicos [2]. Esta pesquisa
consiste, essencialmente, na preparação de novos catalisadores suportados em
alumina via método de complexação metal-quitosana e impregnação úmida e no
estudo das suas características físico-químicas.
MATERIAL E MÉTODOS: O método de síntese dos catalisadores foi adaptado do método descrito por
Valentini e col. [3], que consistiu na seguinte metodologia: i) síntese em uma
etapa: foram preparadas duas soluções, a primeira com13, 8 g de Al(NO3)3.9H2O
dissolvidos em 30 mL de água destilada, e a segunda com 4,5 g de quitosana
dissolvidos em 80 mL de ácido acético glacial 5% (v/v). As soluções foram
misturadas e submetidas à agitação. Em seguida foi adicionado o precursor do
metal dissolvido em água destilada. Para a precipitação, foi preparada uma
solução de NH4OH 50% (v/v), onde o material foi gotejado sob agitação, peneirado
seco a 80 °C/24 h. Após secagem, o material foi calcinado a 200°C / 2h, macerado
e calcinado à 550 °C/4 h. ii) síntese em duas etapas: inicialmente obtem-se a
alumina sem adição dos precursores metálicos de Fe, Co e Ni. Após a calcinação
faz-se a impregnação úmida dos precursores metálicos, seguido de secagem e
calcinação. Para as análises de TPR foi utilizado o equipamento CHEMBET-3000 da
Quantachrome Instruments. Utilizou-se 50 mg, que foi submetida à temperatura de
150°C/1h sob fluxo de N2 para eliminação de umidade e em seguida, abaixou-se a
temperatura para 40 °C sob fluxo de N2 para o início da redução: fluxo de N2:H2
com 5% de H2 e rampa de aquecimento de 20 °C/min.
Para as análises de DRX foi utilizado o equipamento XRD-6000 da Shimadzu, com
fonte de radiação de CuK-α. Os dados foram coletados na faixa de 2θ de 15-100
graus com velocidade de goniômetro de 2 °/min e passo de 0,02 graus.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Nas análises de TPR, os catalisadores de níquel apresentaram temperatura de
redução entre 523-541°C, referentes a redução do NiO, um indicativo de forte
interação do metal com a alumina, já que o NiO apresenta redução próxima a 370°C
[4]. Os catalisadores de cobalto apresentaram uma temperatura de redução entre
454- 505°C, referentes a redução de Co3O4 para CoO, e outra faixa de redução
entre 680-823°C, referentes a redução CoO para Co [5]. Os catalisadores de ferro
apresentaram redução a 516 °C referente a redução de α-Fe2O3 para Fe3O4. Já o
catalisador Fe/Al2O3 em 1 etapa apresentou duas temperaturas de redução em 622°C
e 785°C relacionados a redução Fe3O4 para FeO e a redução FeO para Fe,
respectivamente [6]. Nas análises de DRX, para os catalisadores de Níquel
observamos as fases óxido de níquel, espinélio de níquel e alumina. Pode-se
observar os picos com valores de 2θ=20,18º, 32,03º, 37,08º, 45,26º, 60,95º,
66,40º, característicos da fase γ-Al2O3. Os picos em 2θ = 20,18º, 37,08º,
45,26º, 60,95º, 66,40º são relativos a fase NiAl2O4. [7] Os picos relacionados a
fase NiO podem estar sobreposto em 37,08º e presentes em 76,23º. Para os
catalisadores de cobalto, de acordo com a literatura [8], o pico de difração em
19º é atribuído a fase Co3Co4 e os picos em 2θ= 31,36º, 36,93º, 44,96º, 55,80º,
59,49º, 65,37º, 77,60º e 91,20º podem ser atribuídos tanto a estrutura
espinélica, quanto ao CoAl2O4. Os picos em 2θ=20,54º e 67,68º indicam a fase γ-
Al2O3. Para os catalisadores de ferro, os picos de difração apresentaram fraca
intensidade indicando a baixa cristalinidade do suporte. Pode-se observa os
picos com valores de 2θ=31º, 37,7º, 45,8º, 61,3º e 66,7º característicos da fase
γ-Al2O3. Os picos em 2θ=31º, 36º, 49º, 61º e 64º são indicativos da fase α-Fe2O3
[9].
CONCLUSÕES: Os catalisadores apresentaram temperatura de redução que variou de acordo com a
metodologia de síntese, mostrando a importância da metodologia empregada na
síntese do catalisador. Portanto, para estabelecer um valor que satisfaça a todos
os catalisadores, definiríamos a temperatura de redução ideal como sendo 800°C. As
análises de DRX comprovaram a presença de diversos estados de oxidação dos metais
nos catalisadores.
AGRADECIMENTOS: Aos órgãos financiadores desse projeto, a CAPES e a CNPQ.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: [1] Ramalho, M. A. F., Costa, A. C. F. M., Andrade, H. C. M., Jesus, A. A., Kiminami, R. H. G. A., Gama, L. Catalisadores de Ni/Al2O3-ZrO2 preparados por reação de combustão a vapor de metano. UFCG, 4º PDPETRO, Campinas, SP, 2007.
[2] Bergamaschi, V. S. Preparação e caracterização de catalisadores de metais de transição suportados em zircônia. Uso na reforma a vapor do etanol para obtenção de hidrogênio. IPEN, USP, 2005.
[3] Almeida, R. M. Obtenção de nanotubos de carbono a partir da reação de decomposição química catalítica do metano sobre catalisadores de Ni e Co. UFSC, Florianópolis, SC, 2005.
[4] Jun-Ting Feng, Yan-Jun Lin, David G. Evans, Xue Duan, Dian-Qing Li. Enhanced metal dispersion and hydrodechlorination properties of a Ni/Al2O3
catalyst derived from layered double hydroxides. Journal of Catalysis 266 (2009) 351–358
[5] Seung-Moon Kim, Jong Wook Bae, Yun-Jo Lee, Ki-Won Jun. Effect of CO2 in the feed stream on the deactivation of Co/c-Al2O3 Fischer–Tropsch catalyst. Catalysis Communications 9 (2008) 2269–2273.
[6] Park, J.Y., Lee, Y.J., Jun, K.W., Him, Y.H. Journal Molecular Catalysis A: Chemical, 323, 2010.
[7] Guil-Lopez, R.; Botas, J.A.; Fierro, J.L.G.; Serrano, D.P.; Comparison of Metal and Carbon Catalysts for Hydrogen Production by Methane Decomposition. Applied Catalysis A: General, 396, p. 40–51, 2011.
[8] Andonova, S.; Avila, C.N.; Arishtirova, K.; Bueno,J.M.C.; Damyanova, S.; Structure and Redox Properties of Co Promoted Ni/Al2O3 Catalysts for Oxidative Steam Reforming of Ethanol, Applied Catalysis B: Environmental 105, p. 346–360, 2011.
[9] Alonso, F.J.P., Cabrera, I.M., Granados, M.L., Fuerro, J.L.R. Journal of Catalysis, 2006.
