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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.97.2018.tde-03122018-165358
Document
Author
Full name
Luís Gustavo Ferroni Pereira
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Lorena, 2018
Supervisor
Committee
Vieira, Ricardo (President)
Baptista, Leonardo
Bastos, Luiz Claudio Antunes
Soares Neto, Turíbio Gomes
Vernilli Junior, Fernando
Title in Portuguese
Efeito da estrutura de espinélios mistos de cobalto e manganês na decomposição catalítica do peróxido de hidrogênio para aplicação em propulsores de satélites
Keywords in Portuguese
Catalisadores
Cinética química
Espinélios
Peróxido de hidrogênio
Propulsão
Abstract in Portuguese
Este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de materiais catalíticos à base de espinélios de cobalto e manganês, para serem empregados como catalisadores na decomposição do peróxido de hidrogênio (H2O2) 90%, em massa, proporcionando múltiplas partidas a frio em um micropropulsor de satélites a monopropelente. Os materiais foram avaliados, preliminarmente, na decomposição espontânea do H2O2 (teste da gota). Este teste permitiu selecionar os materiais que proporcionaram uma decomposição do H2O2 90% mais rápida e vigorosa, com um baixo tempo de indução. Os materiais catalíticos selecionados no teste da gota foram avaliados em um micro reator de leito fixo, que permitiu determinar a composição e a granulometria ideais para o catalisador. Em seguida, os materiais foram submetidos a testes cinéticos, onde foram determinadas a ordem, a constante e a energia de ativação da reação de decomposição do H2O2. Por fim, o catalisador denominado Co0,5Mn2,5-900, por apresentar os melhores resultados nos ensaios cinéticos e no micro reator, foi testado em um micropropulsor de 2 N, onde apresentou um desempenho rápido e repetitivo, sendo capaz de decompor espontaneamente o H2O2 sem sofrer desativação ou fragmentação após os testes. Os catalisadores foram caracterizados pelas técnicas de Espectrometria de Emissão Ótica por Fonte de Plasma (ICP-OES), Adsorção de Nitrogênio, Quimissorção de CO, Picnometria a Hélio, Difratometria de Raios X, Espectroscopia Fotoeletrônica de Raios X e por análises de Resistência Mecânica a Compressão, visando estabelecer uma correlação entre as propriedades físico-químicas e a atividade catalítica de cada material na decomposição H2O2 concentrado.
Title in English
Effect of cobalt and manganese mixed spinel structure on the catalytic decomposition of hydrogen peroxide for application in satellite propellers
Keywords in English
Catalysts
Chemical kinetics
Hydrogen peroxide
Propulsion
Spinels
Abstract in English
This work aimed to develop catalytic materials based on cobalt and manganese spinels to be used as catalysts in the decomposition of 90% (mass) hydrogen peroxide, allowing multiple starts in a microthruster of monopropellant satellites. The catalysts were preliminarily evaluated in the spontaneous decomposition of H2O2 (drop test). This test allowed to select the materials that provide spontaneous and vigorous decomposition of H2O2, with a low induction time. Then, the best performing catalysts were evaluated in a fixed bed micro reactor, which allowed to determine the best composition and granulometry for the catalyst. After this, the materials were submitted to kinetic tests, where the order, the constant and the activation energy of the H2O2 decomposition reaction were determined. Finally, the catalyst called Co0,5Mn2,5-900, due its best performance, was tested in a 2 N microthruster, where it presented a fast and repetitive performance, being able to spontaneously decompose the H2O2 without suffer deactivation or fragmentation after the testes. All catalysts were characterized by Inductively Coupled Plasma - Optical Emission Spectrometry (ICP-OES), Nitrogen Adsorption, CO Chemimetry, Helium Picnometry, X-ray Diffractometry, X-ray Photoelectron Spectroscopy and Mechanical Compression Resistance analysis aiming to correlate their physicochemical properties with their activity in the catalytic decomposition of concentrated hydrogen peroxide.
 
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EMT17007_C.pdf (2.65 Mbytes)
Publishing Date
2018-12-03
 
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