Desempenho de catalisadores Ni/Si-MCM-41 na reforma a seco do metano para geração de H2: avaliação de TEOS e cinzas de casca de arroz como fontes de sílica no preparo do suporte catalítico Translated title: Performance of Ni/Si-MCM-41 catalysts in dry methane reforming for H2 generation: analysis of TEOS and rice husk ash as sources of silica in the preparation of the catalytic support

Abstract

RESUMO O hidrogênio é um produto de grande apelo industrial, ainda mais quando proveniente de uma cadeia renovável de baixo impacto ambiental. Visando a redução de custos relacionados ao preparo dos catalisadores utilizados para a obtenção de H2, o presente trabalho teve como objetivo avaliar a influência de dois diferentes suportes de Si-MCM-41, sintetizados a partir de duas diferentes fontes de sílica (uma comercial, ortossilicato de tetraetila – TEOS e outra residual, sílica de cinzas de casca de arroz – CCA), no desempenho de catalisadores de níquel quando aplicados na reação de reforma a seco do metano (RS). Os catalisadores foram sintetizados com 20% (m/m) de níquel por meio de impregnação úmida e foram caracterizados pelas técnicas de MEV/EDS, fisissorção de N2, DRX, FTIR, TPD–NH3 e TPR. Os ensaios reacionais foram conduzidos em reator de leito fixo, a 800 ºC por 24 h. Os resultados de caracterização do material evidenciaram que a síntese catalisadores foi eficiente. Os catalisadores apresentaram significativas diferenças estruturais se tratando das diferentes fontes de sílica utilizadas na síntese do suporte catalítico, diferenças essas que foram mais evidentes na área específica e no diâmetro de poros dos materiais. Essa diferença pode estar relacionada com a diferença morfológica do suporte catalítico que influencia diretamente na maneira com a qual a fase ativa ficará disposta na superfície do catalisador. A avaliação dos produtos gasosos, realizada por cromatografia gasosa, evidenciou resultados de conversão e seletividade muito semelhantes para os dois catalisadores, levando a conversões de 45% de H2. A formação de coque no catalisador no qual o suporte precursor foi sintetizado a partir de CCA foi significativamente menor. Nesse sentido, a CCA se destaca como um promissor substituinte para o TEOS na síntese de suportes catalíticos para catalisadores de níquel de alta performance quando aplicados na RS.

Translated abstract

ABSTRACT Hydrogen is a product of great industrial appeal, especially when it comes from a renewable chain with low environmental impact. Aiming to reduce costs related to the preparation of the catalysts used to obtain H2, the present work aimed to evaluate the influence of two different supports of Si-MCM-41, synthesized from two different silica sources (one commercial, tetraethyl orthosilicate – TEOS and the other residual, rice husk ash silica – CCA), on the performance of nickel catalysts when applied in the dry methane reforming reaction (RS). The catalysts were synthesized with 20% (w/w) nickel through wet impregnation and were characterized by the techniques of SEM/EDS, physisorption of N2, XDR, FTIR, TPD–NH3 and TPR. The reaction essays were conducted in a fixed bed reactor, at 800 ºC for 24 h. The results of the characterization of the material showed that the catalyst synthesis was efficient. The catalysts showed significant structural differences when dealing with the different sources of silica used in the synthesis of the catalytic support, which differences were more evident in the specific area and in the pore diameter of the materials. This difference may be related to the morphological difference of the catalytic support that directly influences the way in which the active phase will be arranged on the surface of the catalyst. The evaluation of gaseous products, carried out by gas chromatography, showed very similar conversion and selectivity results for the two catalysts, leading to conversions of 45% H2. The formation of coke in the catalyst in which the precursor support was synthesized from CCA was significantly lower. In this sense, CCA stands out as a promising substitute for TEOS in the synthesis of catalytic supports for high performance nickel catalysts when applied in RS.