Síntese e caracterização de compósitos mesoporosos de sílica-óxido de cobalto e avaliação catalítica na reação de redução de no com CO / Synthesis and characterization of mesoporous silica composite cobalt oxide and catalytic evaluation in the reduction reaction with CO

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DATA DE PUBLICAÇÃO

2010

RESUMO

Neste trabalho foi desenvolvida uma metodologia de síntese de compósitos de óxido de cobalto e sílica a partir de adaptações no método sol-gel do tipo Stöber. A principal novidade do procedimento consistiu na utilização de suspensões coloidais de nanopartículas de óxido ou hidróxido de cobalto (Co3O4, Co(OH)2), as quais foram previamente preparadas por precipitação de íons Co2+ em meio alcalino. Os compósitos de sílica-cobalto contendo teores de cobalto entre 8,4 e 11% (m/m) foram caracterizados por espectroscopia de absorção atômica (AA), difratometria de raios-X (DRX), espectroscopia na região do infravermelho médio com transformada de Fourier (FTIR), análise termogravimétria e térmica diferencial (TG/DTA), redução a temperatura programada (TPR) e adsorção/dessorção de nitrogênio. As características dos compósitos preparados empregando-se suspensões de nanopartículas foram comparadas com as de outros compósitos obtidos a partir de solução de nitrato de cobalto, sendo também avaliada a influência da adição de nitrato de cério e de ácido cítrico. A metodologia desenvolvida mostrou-se reprodutível e os materiais obtidos apresentaram valores adequados de área superficial (300 a 567 cm3/g) e diâmetro de poros (3,8 a 8,1 nm) para serem utilizados como catalisadores. Os compósitos preparados utilizando-se suspensões coloidais de nanopartículas de Co3O4 apresentaram, após calcinação, curvas de redução termoprogramada cujos picos máximos ocorreram em temperaturas relativamente baixas, na faixa de 275 a 520 oC, sugerindo a existência de interações fracas entre a sílica e o cobalto. O diâmetro médio dos cristalitos de Co3O4 nesses compósitos variou entre 22 e 30 nm. No entanto, a utilização de ácido cítrico como agente formador de porosidade na síntese desses compósitos provocou o aumento da interação sílica-cobalto, como resultado da dissolução das partículas de óxido de cobalto e formação de silicato de cobalto. A utilização de nitrato de cério nas sínteses não alterou as propriedades texturais dos compósitos, mas, como esperado, dificultou a redução do óxido de cobalto para cobalto metálico. O compósito obtido a partir de suspensão coloidal de hidróxido de cobalto, -Co(OH)2, por sua vez, apresentou tanto interações sílica-cobalto fracas como intermediárias, sendo de 12 nm o diâmetro médio dos cristalitos de Co3O4, após calcinação do material. Diferentemente dos compósitos preparados a partir das suspensões coloidais do óxido de cobalto, os compósitos que foram sintetizados utilizando-se solução de nitrato de cobalto mostraram, após calcinação, a presença silicato de cobalto e pequena quantidade de partículas de Co3O4 de diâmetros entre 11 e 17 nm. As curvas de TPR desses compósitos indicaram, como esperado, interações sílica-cobalto fortes. Os compósitos foram avaliados na reação de redução do NO em N2 com oxidação do CO a CO2. Para os compósitos em que foram utilizadas nanopartículas de Co3O4 previamente preparadas, na ausência de ácido cítrico, houve conversões máximas de até 90% do NO em N2 e do CO em CO2.. Isso ocorreu em temperaturas superiores a 600 C. Por outro lado, a utilização do ácido cítrico concomitantemente à incorporação das nanopartículas de Co3O4, conduziu a taxas de conversões inferiores a 60%, em temperaturas superiores a 600 C.

ASSUNTO(S)

óxido de cobalto sílica catálise redução de no quimica cobalt oxide silica catalysis no reduction

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