Preparação e caracterização de catalisadores de níquel suportado em óxido de zircônio e aluminio

Abstract

Níquel suportado em alumina tem sido extensivamente usado para catalisar a reforma a vapor do metano, devido ao seu baixo custo, quando comparado a outros catalisadores, à base de metais nobres. Entretanto, ele não é estável durante a reação principalmente devido à transição de fase e à sinterização do suporte. Isto requer o desenvolvimento de novos catalisadores. Uma opção atrativa seria usar suportes baseados em zircônia, que possui diversas vantagens, tais como estabilidade térmica, dureza e propriedades anfotériças, mas esse sólido possui baixa área superficial específica, quando comparado a suportes catalíticos convencionais. Uma provável solução para esse problema é combinar as propriedades da alumina e da zircônia. Com este objetivo foi estudada, neste trabalho, a preparação e caracterização de catalisadores de níquel suportado em zircônia e alumina. Os suportes foram preparados por métodos de precipitação à temperatura ambiente, a partir de soluções aquosas de oxicloreto de zircônio e de nitrato de alumínio, seguido de calcinação a 500 oC. Foram obtidos sólidos com razões molares Zr/Al (molar) = 10; 5; 2; 1; 0,5; 0,2 e 0.1, além de alumina e zircônia puras. Os catalisadores foram preparados por métodos de impregnação de soluções de nitrato de níquel, seguido de calcinação a 500 oC. As amostras foram caracterizadas por energia dispersiva de raios X, termogravimetria, análise térmica diferencial, espectroscopia no infravermelho, com transformadas de Fourier, difração de raios X, redução termoprogramada, medidas de área superficial específica e porosidade e espectroscopia fotoeletrônica de raios X. O efeito da temperatura sobre a cristalização dos suportes foi estudada "in situ" por difração de raios X, usando uma câmara de aquecimento. Observou-se a presença das fases tetragonal e monoclínica na zircônia pura e g-Al2O3 na alumina pura. A adição de pequenas quantidades de alumínio estabilizou a fase tetragonal da zircônia, enquanto quantidades mais elevadas de alumínio levaram à produção de sólidos mal cristalizados. As amostras ricas em alumínio (Zr/Al= 0,1; 0,2 e 0,5) também produziram g-Al2O3. A altas temperaturas, os sólidos mal cristalizados formaram aluminato de níquel. A área superficial específica aumentou com a adição de alumínio, o que foi atribuído à presença desse metal na superfície do sólido, onde ele atua como espaçador. A amostra pobre em alumínio (Zr/Al= 0,1) mostrou a área superficial específica mais elevada. Entretanto, a área superficial específica decresceu devido à adição de níquel, provavelmente devido ao bloqueio de alguns poros por esse metal. As amostras apresentaram poros com diferentes formas e tamanhos e produziram isotermas dos Tipos II e III com "loops" de histerese, típicas de materiais mesoporosos. A adição de alumínio também afetou a redução de níquel, tornando esse processo mais difícil; este efeito aumentou com a quantidade de níquel nos sólidos. Entre as amostras à base de alumínio e zircônio, o sólido com quantidades iguais desses metais (Zr/Al (molar)= 1) apresentou o teor mais elevado de níquel na superfície. Ele apresenta área superficial específica elevada e pode ser facilmente reduzido, permitindo a formação da fase ativa do catalisador, na reforma a vapor do metano. Portanto, esse sólido é o catalisador mais promissor para essa reação.