dc.contributor.author | Taschin, Alan Rober | |
dc.date.accessioned | 2022-01-22T12:23:32Z | |
dc.date.available | 2022-01-22T12:23:32Z | |
dc.date.issued | 2021-10-29 | |
dc.identifier.citation | TASCHIN, Alan Rober. O efeito do potássio (K) na formação de CH4 na reação de reforma a vapor e sua relação com a estrutura da molécula reformada. 2021. Tese (Doutorado em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2021. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/15499. | * |
dc.identifier.uri | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/15499 | |
dc.description.abstract | Nickel (Ni) catalysts were applied in the steam reforming reaction of organic compounds. Ni is highly active for breaking C-C bonds, a route in steam reforming reactions to generate hydrogen (and CO), however it is also active for hydrogenating carbonaceous species (C, CHX and CO) to generate CH4 as a final product at low temperatures, and then the H2 yield decreases. The consequence of this unwanted reaction is related to the activation of CH4 and its conversion, which requires high temperatures, and reflects an increase in the process cost. The addition of potassium (K) to nickel catalysts suppresses the hydrogenation activity of CO to CH4. In this work, Ni/MgAl2O4 catalysts were promoted with KNO3 to reach different potassium loads and were applied in the steam reforming reaction of ethanol (SRE), butanol (SRB) and phenol (SRPh). The catalysts were characterized by nitrogen adsorption, in situ X-ray diffraction (XRD), temperature programmed reduction (TPR-H2), transmission electronic microscopy (TEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and X-ray absorption spectroscopy (XANES). The catalytic evaluation was carried out in the range of 250°C - 650°C with a vapor/carbon molar ratio equal to 13. The addition of K to the catalysts weakens the Ni-O interaction, which causes agglomeration and increases the Ni nano particles size. The effect of potassium on methane formation is directly related to the structure of the reformed molecule, which determines the type of CHX species formed in the decomposition of reagents. During this step, it is expected to form CH in phenol, CH3 and CH2 in butanol and CH3 in ethanol. In K presence, methane is suppressed in CH hydrogenation, it is less expressive in CH2 species and absent in CH3 species. DFT calculations on the interaction of these absorbed CHX species in the Ni4 cluster (CHX-Ni4) with K, especially in KOH, indicates that species such as HOKHxCNi4 are stable with energy decay at -296.1, -242.4 and -27.7 kJ.mol-1 for CH, CH2 and CH3 species, respectively. The increase in adsorption heat for CH and CH2 species decreases the hydrogenation activity for methane formation. | eng |
dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) | por |
dc.language.iso | por | por |
dc.publisher | Universidade Federal de São Carlos | por |
dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ | * |
dc.subject | Reforma a vapor | por |
dc.subject | Fenol | por |
dc.subject | Etanol | por |
dc.subject | Potássio | por |
dc.subject | Níquel | por |
dc.subject | Formação de metano | por |
dc.subject | Steam reforming | eng |
dc.subject | Phenol | eng |
dc.subject | Ethanol | eng |
dc.subject | Potassium | eng |
dc.subject | Nickel | eng |
dc.subject | Methane formation | eng |
dc.title | O efeito do potássio (K) na formação de CH4 na reação de reforma a vapor e sua relação com a estrutura da molécula reformada | por |
dc.title.alternative | The effect of potassium (K) on CH4 formation in the steam reforming reaction and its relationship with the structure of the reformed molecule | eng |
dc.type | Tese | por |
dc.contributor.advisor1 | Bueno, José Maria Corrêa | |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/0157452280626031 | por |
dc.description.resumo | Catalisadores de níquel (Ni) foram aplicados na reação de reforma a vapor de compostos orgânicos. O Ni é altamente ativo para quebra de ligações C-C, uma rota em reações de reforma a vapor para geração de hidrogênio (e CO), contudo, também é ativo para hidrogenação de espécies carbonáceas (C, CHX e C-O) gerando CH4 como produto final em baixas temperaturas, e então decresce o rendimento de H2. A consequência dessa reação indesejada está relacionada a ativação do CH4 e sua conversão, que requer altas temperaturas, e reflete no aumento do custo do processo. A adição de potássio (K) aos catalisadores de níquel suprime a atividade da hidrogenação do CO a CH4. Nesse trabalho, catalisadores de Ni/MgAl2O4 foram promovidos com KNO3 para atingir diferentes cargas de potássio e foram aplicados na reação de reforma a vapor de etanol (RVE), butanol (RVB) e fenol (RVF). Os catalisadores foram caracterizados por adsorção de nitrogênio, difração de raios-X (DRX), redução a temperatura programada (RTP – H2), microscopia eletrônica de transmissão (MET), espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios-X (XPS) e espectroscopia de absorção de raios-X (XANES). A avaliação catalítica foi realizada no intervalo de 250°C – 650°C com uma razão molar vapor/carbono igual a 13. A adição de K aos catalisadores enfraquece a interação Ni-O, o que causa a aglomeração e aumento do tamanho das nano partículas de Ni. O efeito do potássio na formação do metano está diretamente relacionado a estrutura da molécula reformada, o que determina o tipo de espécie CHX formada na decomposição dos reagentes. Durante essa etapa, espera-se que, majoritariamente, forme CH no fenol, CH3 e CH2 no butanol e CH3 no etanol. Na presença de K, o metano é suprimido na hidrogenação de CH, é menos expressivo em espécies CH2 e ausente em espécies CH3. Os cálculos de DFT na interação dessas espécies CHX absorvidas no cluster Ni4 (CHX-Ni4), com K, especialmente em KOH, indica que espécies como HOKHxCNi4 são estáveis com decaimento de energia em -296.1, -242.4 e -27.7 kJ.mol-1¬ para espécies CH, CH2 e CH3, respectivamente. O aumento no calor de adsorção para espécies CH e CH2 diminui a atividade de hidrogenação para formação de metano. | por |
dc.publisher.initials | UFSCar | por |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQ | por |
dc.subject.cnpq | ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA | por |
dc.description.sponsorshipId | 88882.332812/2019-01 | por |
dc.publisher.address | Câmpus São Carlos | por |
dc.contributor.authorlattes | http://lattes.cnpq.br/8500599743103891 | por |