Autor: Aline Rodrigues Miranda Cruz
Orientador (es): Prof. José Mansur Assaf (orientador) e Profa. Janaina Fernandes Gomes (co-orientadora)
Instituição: Departamento de Engenharia Química - Universidade Federal de São Carlos (DEQ-UFSCar)
Regional 3: São Paulo, Minas Gerais (Sul de Minas e Triângulo Mineiro) e Paraná
Data da defesa: 06/05/2020
Local da defesa: Videoconferência

Resumo: O sistema cobre-céria tem sido extensivamente investigado para ser usado como catalisador na reação de oxidação preferencial de CO (CO-PROX), que visa a purificação de correntes de H2 provenientes de combustíveis reformados, devido à sua capacidade de armazenamento de oxigênio e propriedades redox. No entanto, muitos aspectos desses catalisadores devem ser melhor compreendidos, como o impacto de sucessivos ciclos redox na interação cobre-céria, o papel desempenhado pelas espécies de cobre no mecanismo da reação CO-PROX e o efeito da adição de metais nobres aos catalisadores CuO/CeO2 nas propriedades e desempenho na reação. Essas questões foram abordadas nesta tese. Catalisadores de CuO/CeO2 com 1 a 3% de cobre promovidos ou não com Au e Pt foram sintetizados por diferentes métodos, caracterizados por técnicas físico-químicas e aplicados na reação de CO-PROX. Os resultados mostraram que a estabilidade da interface CuO/CeO2, submetida a ciclos redox sucessivos, é importante para a reação de CO-PROX e que essa estabilidade depende do método de síntese empregado. Para os materiais co-precipitados, verificou-se que a reação de CO-PROX é impactada pela natureza das espécies de Cu, que podem variar com a temperatura reacional, dependendo da quantidade de metal no material. A partir desses resultados, foi proposto um novo mecanismo de reação de CO-PROX para esses materiais. Além disso, os nossos resultados indicaram que os materiais sintetizados por impregnação e co-precipitação seguem diferentes caminhos preferenciais na reação de CO-PROX. Após a compreensão desses aspectos, foi avaliado o efeito da adição de Au e Pt a catalisadores de Cu/céria. O aumento no teor de ouro de 0% para 0,75% piorou o desempenho na reação de CO-PROX, o que pode estar associado ao tamanho de partícula de ouro, maior que 10 nm, e a um possível bloqueio de sítios de Cu pela deposição de Au, resultando em menor interação entre Au-Cu-Ce. A promoção do catalisador de CuO/CeO2 com platina também não ocasionou benefícios à reação de CO-PROX ideal, o que pode ser explicado pela estabilidade da ligação Pt0-CO até 120 ºC durante a reação. Por outro lado, com a adição de CO2 e água à corrente reacional, ou seja sob condições de CO-PROX real, o material bimetálico de PtCu apresentou resultado promissor até 120 ºC, com maior resistência à presença desses reagentes. Portanto, esta tese fornece uma nova perspectiva sobre a propriedade redox, o mecanismo da reação de CO-PROX e a adição de metais nobres a catalisadores de CuO/CeO2, embasada por resultados consistentes de caracterizações in situ e ex situ.

Palavras-chave: Reação de CO-PROX. Catalisadores de CuO/CeO2. Nanopartículas de ouro. Nanopartículas de platina. DRIFTS in situ. XANES in situ.