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http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/15788
Tipo: | Tese |
Título: | Uso alternativo de resíduo agroindustrial, bagaço de cana, na síntese de catalisadores pré-dimensionados para obtenção de carbono e hidrogênio via decomposição do metano |
Autor(es): | Silva, Alson David Rodrigues da |
Primeiro Orientador: | Almeida, Rusiene Monteiro de |
metadata.dc.contributor.advisor-co1: | Motta, Rayssa Jossanea Brasileiro |
metadata.dc.contributor.referee1: | Assis, Alexandro Mangueira Lima de |
metadata.dc.contributor.referee2: | Dornelas, Camila Braga |
metadata.dc.contributor.referee3: | Valentini, Antoninho |
metadata.dc.contributor.referee4: | Fajardo, Humberto Vieira |
Resumo: | O Brasil é o maior produtor mundial de cana-de-açúcar, gerando até 0,28 toneladas de bagaço para cada tonelada processada. Esse bagaço é uma fonte promissora de biomassa lignocelulósica, com descarte estimado em 167,9 milhões de toneladas. Entretanto, estima-se que 10 % do bagaço descartado não é utilizado na geração de energia pelas usinas. Este trabalho visa valorizar esse resíduo, utilizando-o como matéria-prima para confecção de modelo prémoldado usado para a produção de cerâmica de alumina (Al2O3) biomórfica pelo método da réplica. Materiais pré-dimensionados cerâmicos foram sintetizados usando o bagaço de cana, seguido de impregnação úmida com 3 proporções mássicas de Ni: 5 % (5Ni/DryBCA_Al2O3- dp), 10 % (10Ni/DryBCA_Al2O3-dp) e 20 % (20Ni/DryBCA_Al2O3-dp). Para comparação, catalisadores em pó com 5% de Ni (m/m), com e sem bagaço de cana, foram sintetizados em etapa única: 5Ni/DryBCA_Al₂O₃-p e 5Ni/Al₂O₃-p, respectivamente. A caracterização dos catalisadores foi realizada por espectrometria de fluorescência de raios X por dispersão de energia (EDX), análise termogravimétrica (TGA), difratometria de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), fisissorção de N2 a 77 K e temperatura programada de redução de H2 (TPR-H2). Os catalisadores foram testados para produção de carbono ordenado e hidrogênio via decomposição catalítica do metano (DCM) a 500 °C por 30 minutos. O carbono formado foi caracterizado por TGA e microscopia eletrônica de transmissão (MET). Os resultados indicaram que a síntese in situ dos catalisadores em pó com 5 % resultou na formação de espécies de níquel de difícil redução (TPR). A ancoragem do NiO nos materiais prédimensionados possibilitou a fácil redução de espécies de níquel suportadas na alumina. Presença de mesoporosidade nos catalisadores em formato de pó foi confirmada por adsorção e dessorção de N2 a 77 K. Os catalisadores pré-dimensionados apresentaram baixa área superficial decorrente da sinterização da cerâmica. Catalisadores pré-dimensionados e em pó apresentaram atividade catalítica quando reduzidos em temperaturas distintas: 600 °C e 800 °C, respectivamente. Entre os catalisadores estudados, o catalisador de 10Ni/DryBCA_Al2O3-dp apresentou a maior atividade catalítica, 45 %, seguido de 20Ni/DryBCA_Al2O3-dp com 44 %. Reduzidos à 800 °C, os catalisadores em pó sintetizados exibiram atividade catalítica com 25 % e 4 % de rendimento para os catalisadores 5Ni/Al2O3-p e 5Ni/DryBCA_Al₂O₃-p, respectivamente. Os materiais carbonáceos obtidos para ambas as morfologias de catalisadores, pré-dimensionado e em pó, são do tipo nanotubos de carbono. |
Abstract: | Brazil is the world's largest sugarcane producer, generating up to 0.28 tons of bagasse for each ton processed. This bagasse is a promising source of lignocellulosic biomass, with an estimated discard of 167.9 million tons. However, it is estimated that 10 % of the discarded bagasse is not used for energy generation by mills. This work aims to valorize this residue, using it as a raw material for the manufacture of a pre-molded model used for the production of biomorphic alumina (Al2O3) ceramics by the replica method. Pre-sized ceramic materials were synthesized using sugarcane bagasse, followed by wet impregnation with 3 mass ratios of Ni: 5 % (5Ni/DrySCB_Al2O3-pd), 10 % (10Ni/DrySCB_Al2O3-pd) and 20 % (20Ni/DrySCB_Al2O3- pd). For comparison, powdered catalysts with 5 % Ni (w/w), with and without sugarcane bagasse, were synthesized in a single step: 5Ni/DryBCA_Al2O3-p and 5Ni/Al2O3-p, respectively. The catalysts were characterized by energy dispersive X-ray fluorescence spectrometry (EDX), thermogravimetric analysis (TGA), X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), N2 physisorption at 77 K and H2 temperature-programmed reduction (TPR-H2). The catalysts were tested for the production of ordered carbon and hydrogen via methane catalytic decomposition (DCM) at 500 °C for 30 minutes. The formed carbon was characterized by TGA and transmission electron microscopy (TEM). The results indicated that the in situ synthesis of 5 % powdered catalysts resulted in the formation of difficult-to-reduce nickel species (TPR). The anchoring of NiO on the pre-sized materials allowed the easy reduction of nickel species supported on alumina. The presence of mesoporosity in the powdered catalysts was confirmed by N2 adsorption and desorption at 77 K. The pre-sized catalysts showed a low surface area due to ceramic sintering. Pre-sized and powdered catalysts showed catalytic activity when reduced at different temperatures: 600 °C and 800 °C, respectively. Among the studied catalysts, the 10Ni/DrySCB_Al2O3-pd catalyst showed the highest catalytic activity, 45 %, followed by 20Ni/DrySCB_Al2O3-pd with 44 %. Reduced at 800 °C, the synthesized powdered catalysts exhibited catalytic activity with 25 % and 4 % yield for the 5Ni/Al2O3-p and 5Ni/DrySCB_Al2O3-p catalysts, respectively. The carbonaceous materials obtained for both catalyst morphologies, pre-sized and powdered, are of the carbon nanotube type. |
Palavras-chave: | Bagaço de cana Método da réplica - catalisadores Catalisadores de Ni/Al2O Decomposição catalítica do metano Sugarcane bagasse Replica method Catalysts Ni/Al2O3 catalysts Catalytic decomposition of methane |
CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Editor: | Universidade Federal de Alagoas |
Sigla da Instituição: | UFAL |
metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação em Materiais |
Citação: | SILVA, Alson David Rodrigues da. Uso alternativo de resíduo agroindustrial, bagaço de cana, na síntese de catalisadores pré-dimensionados para obtenção de carbono e hidrogênio via decomposição do metano. 2025. 97 f. Tese (Doutorado em Materiais) – Centro de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Materiais, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2024. |
Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
URI: | http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/15788 |
Data do documento: | 29-mar-2024 |
Aparece nas coleções: | Dissertações e Teses defendidas na UFAL - CTEC |
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