00 CAMPUS ARISTÓTELES CALAZANS SIMÕES (CAMPUS A. C. SIMÕES) IQB - Instituto de Química e Biotecnologia Dissertações e Teses defendidas na UFAL - IQB
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Tipo: Dissertação
Título: Desenvolvimento de catalisador de Co-Ce/HDL para produção de hidrogênio a partir da hidrólise do borohidreto de sódio
Título(s) alternativo(s): Development of Co-Ce/LDH catalyst for hydrogen production from sodium borohydride hydrolysis
Autor(es): Ayala, Randall Fernando Yepez
Primeiro Orientador: Zanta, Carmem Lúcia de Paiva e Silva
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Del Colle, Vinícius
metadata.dc.contributor.referee1: Castro, Suely Souza Leal de
metadata.dc.contributor.referee2: Duarte, José Leandro da Silva
metadata.dc.contributor.referee3: Silva, Julio Cosme Santos da
Resumo: O borohidreto de sódio (NaBH4) tem alto conteúdo de hidrogênio (H2) e o catalisador mais viável para esse processo de desidrogenação é o Hidróxido Duplo Lamelar (HDL), por ser altamente estável em soluções alcalinas, de fácil produção e baixo custo. Portanto, nesse estudo objetivou-se avaliar a eficiência de um HDL e do HDL dopado com cobalto e cério como catalisador da reação de hidrólise do borohidreto de sódio para a geração de H2. O HDL de Mg/Al foi sintetizado e dopado com cobalto (Co) e cério (Ce) através do método de co-precipitação com proporções de Mg/Al = 2 e Co/Ce = 3,25. A eficiência do catalisador Co-Ce/HDL foi avaliada pelo volume de H2 puro gerado em função do tempo, sendo o volume final de 100 mL, a fim de estudar os efeitos das 4 variáveis: concentração do NaBH4, dosagem do catalisador Co-Ce/HDL, concentração do NaOH e a temperatura reacional. Os catalisadores foram caracterizados por: Microscopia Óptica (MO), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Difração de Raios X (XRD) e Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR). As caracterizações dos catalisadores mostraram as diferenças do HDL e do Co-Ce/HDL, confirmando que para compósito preparado com adição dos metais Co e Ce após a síntese do HDL, apresentou uma morfologia com camadas menores, finas, irregulares e o tamanho do cristal diminui, portanto a área superficial aumentou, em comparação com o HDL, o que favorece na atividade catalítica. No estudo catalítico, o menor tempo da reação catalítica obtido foi de 3,25 minutos e a mais alta taxa de geração de H2 foi de 52,54 mL/min. A ordem da reação foi 0,3; 1,2 e 0,2 para o NaBH4, o catalisador (Co-Ce/HDL) e NaOH, respectivamente, o que significa que a reação se tornou mais eficiente na geração de H2 quando se adicionou o Co-Ce/HDL e para os demais reagentes a reação menos significativa, pois a ordem de reação é próxima a zero. A energia de ativação foi de 34,44 kJ/mol, sendo um valor baixo em comparação com dados da literatura, indicando que com o catalisador Co-Ce/HDL a reação necessita menos energia para que ocorra. O mecanismo da reação acontece na superfície do catalisador. A reutilização do catalisador apresentou boa estabilidade e atividade catalítica dentro dos 7 ciclos estudados. Portanto o NaBH4 é um bom material armazenador de H2, porque mesmo em mínimas concentrações de NaBH4 obteve-se elevadas taxas de geração H2 e adicionalmente o catalisador Co-Ce/HDL mostrou bons resultados catalíticos na produção de H2 puro. Estes resultados indicam que o material estudado (Co-Ce/HDL) é promissor para gerar H2 para alimentar uma célula a combustível tipo PEM, com a finalidade de gerar energia de baixa escala para dispositivos eletrônicos.
Abstract: Sodium borohydride (NaBH4) has high hydrogen (H2) content and the most viable catalyst for this dehydrogenation process is the Double Lamellar Hydroxide (LDH), because it is highly stable in alkaline solutions, easy to produce and low cost. Therefore, this study aimed to evaluate the efficiency of a LDH and LDH doped with cobalt and cerium as a catalyst for the hydrolysis reaction of sodium borohydride for H2 generation. The LDH from Mg/Al was synthesized and doped with cobalt (Co) and cerium (Ce) through the co-precipitation method with Mg/Al = 2 and Co/Ce = 3.25 ratios. The Co-Ce/ LDH catalyst efficiency was evaluated by the volume of pure H2 generated as a function of time, the final volume being 100 mL, in order to study the effects of 4 variables: NaBH4 concentration, Co-Ce/ LDH catalyst dosage, NaOH concentration and the reaction temperature. The catalysts were characterized by: Optical Microscopy (OM), Scanning Electron Microscopy (SEM), X-ray Diffraction (XRD) and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). The characterizations of the catalysts showed the differences of LDH and Co-Ce/LDH, confirming that for the composite prepared with addition of the metals Co and Ce after the synthesis of LDH, presented a morphology with smaller, thin, irregular layers and the crystal size decreases, therefore the surface area increased, compared to LDH, which favors in the catalytic activity. In the catalytic study, the shortest catalytic reaction time obtained was 3.25 minutes and the highest H2 generation rate was 52.54 mL/min. The order of the reaction was 0.3; 1.2 and 0.2 for NaBH4, the catalyst (Co-Ce/LDH) and NaOH, respectively, which means that the reaction became more efficient in H2 generation when Co-Ce/LDH was added and for the other reactants the reaction less significant because the order of reaction is close to zero. The activation energy was 34.44 kJ/mol, a low value compared to literature data, indicating that with the Co-Ce/LDH catalyst the reaction requires less energy to occur. The reaction mechanism takes place on the surface of the catalyst. The reuse of the catalyst showed good stability and catalytic activity within the 7 cycles studied. Therefore NaBH4 is a good H2 storage material, because even at minimal NaBH4 concentrations high H2 generation rates were obtained and additionally the Co-Ce/LDH catalyst showed good catalytic results in the production of pure H2. These results indicate that the studied material (Co-Ce/LDH) is promising for generating H2 to power a PEM-type fuel cell to generate low-scale power for electronic devices.
Palavras-chave: Hidróxido duplo lamelar
Catalisadores
Hidrólise
Geração de H2
Energia verde
Lamellar double hydroxide
Catalysts
Generation of H2
Green energy
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::FISICO-QUIMICA::ELETROQUIMICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Alagoas
Sigla da Instituição: UFAL
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Química e Biotecnologia
Citação: Ayala, Randall Fernando Yepez. Desenvolvimento de catalisador de Co-Ce/HDL para produção de hidrogênio a partir da hidrólise do borohidreto de sódio. 2022. 61 f. Dissertação (Mestrado em Química e Biotecnologia) – Instituto de Química e Biotecnologia, Programa de Pós- Graduação em Química e Biotecnologia, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2022.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/8692
Data do documento: 28-fev-2022
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