Portal de Eventos CoPICT - UFSCar, XXVII CIC e XII CIDTI

Tamanho da fonte: 
Catalisadores de CuO/CeO2 para oxidação preferencial de CO - Estudo de efeitos associados à adição de Au e Pt como promotores nas propriedades dos materiais
Arnaldo Agostinho Simionato, Janaina Fernandes Gomes, Jose Mansur Assaf

Última alteração: 2021-03-18

Resumo


Dentre as tecnologias emergentes que visam a produção de energia com a mínima emissão de poluentes, tem-se as chamadas PEMFC (do inglês, Proton Exchange Membrane Fuel Cell), que utilizam como reagentes hidrogênio e oxigênio e tem como produto apenas a água. Para que possa ser utilizado como combustível nesse tipo de aplicação, o hidrogênio, normalmente produzido a partir da reação de reforma a vapor de metano, deve ser purificado, haja vista que o monóxido de carbono, que está presente na corrente de produtos resultante da reação de reforma, juntamente com H2, CO2 e H2O, provoca o envenenamento de ânodos de Pt, empregados nessas células a combustível. Dessa forma, uma das alternativas para a redução do teor desse contaminante é a oxidação preferencial de CO, também conhecida como PROX-CO. Com essa reação, idealmente reduz-se o teor de CO sem que haja uma perda considerável do combustível de interesse. Nas últimas décadas, catalisadores à base de metais nobres têm sido desenvolvidos para a PROX-CO. Dentre esses metais, tanto o ouro quanto a platina se destacam com suas devidas particularidades: o ouro é um excelente oxidante de CO e apresenta uma alta seletividade à formação de CO2 em baixas temperaturas, e a platina, por sua vez, apresenta atividade catalítica considerável e resistência à desativação na presença de CO2 e H2O, mas possui seletividade significantemente inferior à dos catalisadores de ouro. Catalisadores de metais não nobres, como o cobre, também vem ganhando atenção devido ao seu baixo custo, alta seletividade e conversões de CO satisfatórias em temperaturas mais elevadas. Neste projeto de iniciação científica, foram sintetizados e caracterizados catalisadores de CuO/CeO2 modificados com Au e Pt com o objetivo de entender com maior profundidade o impacto da composição da fase metálica nas características destes materiais. Catalisadores de CuO/CeO2 foram sintetizados pelo método de impregnação. A adição de Au ao CuO/CeO2 foi efetuada pela deposição de nanopartículas de ouro e a promoção com Pt foi realizada pelo método de redução alcóolica. Por meio das técnicas de DRX, FRX, TPR-H2 e da aplicação dos catalisadores na PROX-CO, investigou-se as propriedades dos materiais e a interação com espécies reagentes. O material promovido com ouro apresentou desempenho catalítico similar ao do catalisador CuO/CeO2, enquanto todos os materiais promovidos com platina exibiram conversões superiores à do catalisador CuO/CeO2 em temperaturas próximas às de operação das PEMFCs, isto é, entre 80°C a 100°C. A partir dos resultados obtidos, concluiu-se que o material promovido com Au não apresentou melhora em relação ao material monometálico de cobre devido ao método de síntese empregado, que provavelmente levou à formação de nanopartículas de Au com tamanhos inadequados. Por outro lado, a promoção do catalisador CuO/CeO2 por meio da adição de Pt, utilizando o método de redução alcóolica, provocou um aumento substancial da atividade catalítica desse catalisador na PROX-CO em baixas temperaturas possivelmente devido à interação entre as partículas de platina, as espécies de cobre e o suporte.

 


Palavras-chave


purificação de H2; catálise heterogênea; catalisador de cobre; remoção de O2

Referências


CRUZ, A. R. M. et al. New insights about the effect of the synthesis method on the CuO/CeO 2 redox properties and catalytic performance towards CO-PROX reaction for fuel cell applications. Journal of Environmental Management, v. 242, n. April, p. 272–278, 2019.

GAMARRA, D.; MARTÍNEZ-ARIAS, A. Preferential oxidation of CO in rich H2 over CuO/CeO2: Operando-DRIFTS analysis of deactivating effect of CO2 and H2O. Journal of Catalysis, v. 263, n. 1, p. 189–195, 2009.

GANESAN, A.; NARAYANASAMY, M. Ultra-low loading of platinum in proton exchange membrane-based fuel cells: a brief review. Materials for Renewable and Sustainable Energy, v. 8, n. 4, 2019.

ILIEVA, L. et al. Preferential oxidation of CO in H2 rich stream (PROX) over gold catalysts supported on doped ceria: Effect of water and CO2. Catalysis Today, v. 175, n. 1, p. 411–419, 2011

JIA, A. P. et al. CO oxidation over CuO/Ce 1-xCu xO 2-δ and Ce 1-xCu xO 2-δ catalysts: Synergetic effects and kinetic study. Journal of Catalysis, v. 289, p. 199–209, 2012.

KANDOI, S. et al. Why Au and Cu are more selective than Pt for preferential oxidation of CO at low temperature. Catalysis Letters, v. 93, n. 1–2, p. 93–100, 2004

MARTIN, M. N. et al. Charged gold nanoparticles in non-polar solvents: 10-min synthesis and 2D self-assembly. Langmuir, v. 26, n. 10, p. 7410–7417, 2010.

MISHRA, A.; PRASAD, R. A review on preferential oxidation of carbon monoxide in hydrogen rich gases. Bulletin of Chemical Reaction Engineering and Catalysis, v. 6, n. 1, p. 1–14, 2011.

QUEIROZ, C. M. S. et al. Active Pt/CeO2 catalysts prepared by an alcohol-reduction process for low-temperature CO-PROX reaction. Materials for Renewable and Sustainable Energy, v. 8, n. 3, p. 1–8, 2019

YANG, W. et al. Effect of CeO2 preparation method and Cu loading on CuO/CeO2 catalysts for methane combustion. Journal of Natural Gas Chemistry, v. 18, n. 4, p. 458–466, 2009.