Efeito da adição da zircônia em aluminas empregadas como suporte de catalisadores

• Main Author: Amanda Cassiano de Souza
• Other Authors: Maria do Carmo de Andrade Nono
• Language: Portuguese
• Published: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) 2016
• Online Access: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21b/2016/05.10.13.59

Na busca pelo aumento do desempenho de reações catalíticas heterogêneas, compostos contendo elementos dopantes são adicionados a suportes e catalisadores, alterando suas propriedades morfológicas, mecânicas e texturais. Conforme citado em inúmeras referências bibliográficas, a adição de óxido de zircônio em alguns suportes de catalisadores pode alterar as suas propriedades, sobretudo a acidez superficial desses materiais. Neste trabalho, buscou-se avaliar a influência da presença do óxido de zircônio na alumina, adicionando este elemento antes da etapa de formação do seu hidróxido precursor ou por impregnação da alumina, após calcinação do seu composto precursor. As aluminas modificadas em sua origem e os catalisadores obtidos após impregnação de fases ativas foram avaliadas em reações catalíticas heterogêneas aplicadas. Na propulsão espacial, além dos aspectos mecânicos e térmicos, o possível efeito do óxido de zircônio na acidez da matriz alumina foi avaliado na reação de decomposição da amônia. Este gás é formado durante a decomposição catalítica da hidrazina no decorrer do acionamento dos propulsores de controle de órbita e atitude de satélites. Sendo esta reação de decomposição endotérmica, o seu controle pode reduzir a temperatura de operação do propulsor, aumentando a vida útil do catalisador no satélite. No refino de petróleo, procurou-se avaliar o efeito do óxido de zircônio não somente na acidez da alumina, mas também na atividade e seletividade dos catalisadores, obtidos a partir desse suporte, na reação de hidrodessulfurização (HDS). As aluminas foram preparadas a partir de seu hidróxido de alumínio. Este composto precursor foi então moldado e, posteriormente submetido a tratamentos térmicos para sua transformação em alumina ativa ou de transição. A incorporação da zircônia ocorreu de duas diferentes formas. Na primeira, antes da etapa de formação do hidróxido de alumínio e na segunda, por impregnação incipiente, após a obtenção da alumina. A preparação dos catalisadores também foi realizada com auxílio da técnica de impregnação incipiente dos suportes. Os metais selecionados para avaliação em reações do refino foram o molibdênio (Mo) e o níquel (Ni), elementos mais utilizados em catalisadores comerciais. Os materiais preparados neste trabalho foram caracterizados por inúmeras técnicas, entre elas volumetria de N$_{2}$ (BET), difratometria de raios X (DRX), dinamometria, quimissorção com moléculas sonda (TPD) e espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR). As aluminas foram avaliadas em uma unidade catalítica de bancada na reação de decomposição da NH$_{3}$, etapa realizada no Laboratório Associado de Combustão e Propulsão (LCP) do INPE. Os catalisadores impregnados com os metais Ni e Mo foram avaliados na reação de hidrodessulfurização (HDS) do dibenzotiofeno (DBT), em uma unidade catalítica de alta pressão de bancada (UHP), etapa conduzida no Laboratório de Catálise (LABCAT) da UNIVAP. === In order to increase performance of heterogeneous catalytic reactions, compounds containing doping elements are added to supports and catalysts, altering their morphological, mechanical, and textural properties. As mentioned in several literature references, addition of zirconium oxide in some catalyst supports can alter their properties, mainly regarding surface acidity of such materials. This work had the objective of evaluating the influence of zirconium oxide in alumina, adding this element before the formation step of its precursor hydroxide or by alumina impregnation, after calcination of its precursor compound. Modified aluminas in their origin, as well as catalysts obtained after impregnation of active phases, were evaluated in applied heterogeneous catalytic reactions. Besides mechanical and thermal aspects of space propulsion, a possible effect of zirconium oxide in the acidity of alumina matrix was evaluated regarding the ammonium decomposition reaction. This gas is formed from hydrazine catalytic decomposition throughout start up of satellites for orbit control and attitude. Since it is an endothermic decomposition reaction, its control may reduce the thruster operational temperature, increasing the catalyst useful life in the satellite. The effect of zirconium oxide was evaluated in the case of petroleum refining, not only regarding alumina acidity but also in catalyst activity and selectivity, which are obtained from this support in the hydrodesulphurization reaction (HDS). Aluminas were prepared by employing aluminum hydroxide. This precursor compound was then molded and later submitted to thermal treatments for its transformation into active or transition alumina. Zircon incorporation occurred through two manners. In the first case, it occurred in the step of aluminum hydroxide formation, and in the second case it happened by incipient impregnation, after alumina obtainment. Catalyst preparation was also done by using the incipient impregnation technique for supports. Molybdenum (Mo) and nickel (Ni) were metals selected for evaluation of refining reactions, since they are the most common elements used in commercial catalysts. Materials prepared in this study were characterized by several techniques, such as N$_{2}$ Volumetry (BET), X-Ray Diffractometry (DRX), dynamometry, Chemisorption with probe molecules (TPD), and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). Aluminas were evaluated by employing a bench catalytic unit during the NH$_{3}$ decomposition reaction, which was accomplished at the Combustion and Propulsion Associated Laboratory (LCP) from INPE. Impregnated catalysts with Ni and Mo metals were evaluated in the hydrodesulphurization reaction (HDS) of dibenzothiophene (DBT), by employing a high pressure catalytic bench unit (UHP). This step was conducted at UNIVAP Catalysis Laboratory (LABCAT).