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Mémoire de Maîtrise
DOI
https://doi.org/10.11606/D.75.2021.tde-28042022-104119
Document
Auteur
Nom complet
Natália Fratta da Silva
Adresse Mail
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
São Carlos, 2021
Directeur
Jury
Assaf, Elisabete Moreira (Président)
Asencios, Yvan Jesus Olortiga
Spinacé, Estevam Vitorio
Titre en portugais
Catalisadores de CuCeO2/SiOaplicados à reação de oxidação preferencial de monóxido de carbono (PROX-CO)
Mots-clés en portugais
catalisadores de CuCe/SiO2
efeito da morfologia
efeito sinérgico
reação de PROX-CO
Resumé en portugais
Neste trabalho, catalisadores de CuCe/SiO2 foram estudados visando a purificação de H2 através da reação de oxidação preferencial do monóxido de carbono (PROX-CO). Inicialmente, foi realizada a síntese do suporte, SiO2, através do método de Stöber, obtendo-se duas geometrias, esfera e bastonete. Em seguida, foram sintetizados os catalisadores de CuO-CeO2 suportados na SiO2 com morfologia esférica através do método de impregnação em uma única etapa e na presença de surfactante. Para a síntese dos catalisadores, três teores mássicos de cobre ( 3%, 5% e 7%) e um único teor mássico de cério (10%) foram avaliados. Além disso, foi investigado o efeito da morfologia da sílica, bastonete e esfera, para o menor teor de cobre. Este teor foi escolhido após avaliar o efeito do teor de cobre para os catalisadores suportados na sílica com morfologia esférica. Os catalisadores foram caracterizados através da análise termogravimétrica (ATG), fisissorção de nitrogênio (B.E.T.), difração de raios X (DRX), redução a temperatura programada com H2 (TPR), microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia eletrônica de transmissão (MET), quimissorção de N2O, e aplicados na reação PROX-CO. Alérm disso, os catalisadores (CuCe/SiO2(E)) foram submetidos a ensaios in situ utilizando espectroscopia no infravermelho por refletância difusa com transformada de Fourier (DRIFTS) durante a quimissorção do CO e sob as condições da reação. O catalisador com menor teor de cobre suportado na sílica com morfologia esférica, 3CuCe/SiO2(E), apresentou a maior conversão do CO (XCO = 78%) e seletividade para o CO2 (SCO2 = 87%) na temperatura de 150 oC quando comparado com os outros catalisadores suportados na sílica esférica. A maior atividade deste catalisador pode estar atribuída ao menor tamanho das partículas de cobre, maior dispersão metálica e maior interação cobre-céria quando comparado aos outros catalisadores. Além disso, foi evidenciado através da análise de DRIFTS in situ que o Cu+ é um dos sítios ativos durante a reação para todos os catalisadores avaliados. Em relação ao efeito da morfologia da sílica, observou-se que o catalisador suportado na morfologia bastonete, 3CuCe/SiO2(B), apresentou menor conversão do CO para todas as temperaturas avaliadas quando comparado ao catalisador suportado na morfologia esférica, 3CuCe/SiO2(E). O bom desempenho do catalisador 3CuCe/SiO2(E) na reação de PROX-CO pode estar associado a maior dispersão do cobre e a exposição de diferentes planos cristalinos do CeO2, facilitado a adsorção e a conversão do CO.
Titre en anglais
CuCeO2/SiO2 catalysts applied to preferential oxidation of carbon monoxide (PROX-CO)
Mots-clés en anglais
CuCe/SiO2 catalyst
morphology effect
PROX-CO reaction
synergistic effect
Resumé en anglais
In this work, it was studied CuCe/SiO2 catalysts in order to purify H2 through preferential oxidation of carbon monoxide reaction (CO-PROX). Firstly, SiO2 was synthesized by Stöber Method in order to obtain two geometries (sphere and rods) and to evaluate geometry effects with regard to active phase dispersion. Subsequently, CuO-CeO2 was impregnated on SiO2 sphere support by the surfactant-assisted impregnation method. For the synthesis of the catalysts, three copper mass contents (3%, 5%, and 7%) and a single cerium mass content (10%) were evaluated. Furthermore, the effect of the morphology of SiO2 rod and sphere, for the lowest copper content, was investigated. This content was chosen after evaluating the effect of copper content for catalysts supported on SiO2 sphere. The catalysts were characterized by thermogravimetric analysis (TGA), nitrogen physisorption (B.E.T.), X-ray diffraction (XRD), temperature-programmed reduction (TPR-H2) and scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), N2O chemisorption, and applied in the PROX-CO reaction. After characterization, the materials were studied in the preferential oxidation of carbon monoxide reaction (PROX-CO). Furthermore, CuCe/SiO2(E) catalysts were evaluated in situ by diffuse reflectance infrared Fourier transform spectroscopy (DRIFTS) during CO chemisorption and under reaction conditions. The catalyst with the lowest copper content, 3CuCe/SiO2(E), showed the greatest CO conversion (XCO = 78%) and selectivity to CO2 (SCO2 = 87%) at the temperature of 150 oC. The greater activity of this catalyst can be attributed to the smaller size of the copper particles, higher metallic dispersion, and greater copper-ceria interaction when compared to other catalysts. Besides that, it was evidenced via DRIFTS that Cu+ is one of the active sites of the reaction for all catalysts. Regarding the effect of silica morphology, it was observed that catalyst supported on SiO2 rod, 3CuCe/SiO2(B), presented lower CO conversion at all temperatures evaluated when compared to catalyst supported on SiO2 sphere, 3CuCe/SiO2(E). The good performance of the 3CuCe/SiO2(E) catalyst in the PROX-CO reaction may be associated with greater copper dispersion and exposure of different CeO2 crystalline planes, facilitating the adsorption and CO conversion.
 
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Date de Publication
2022-05-04
 
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