Sistemas redox reversíveis Fe°/óxido de ferro para produção de hidrogênio

AUTOR(ES)
FONTE

IBICT - Instituto Brasileiro de Informação em Ciência e Tecnologia

DATA DE PUBLICAÇÃO

10/08/2010

RESUMO

O hidrogênio é o combustível do futuro, seja pela eficiência energética ou pelo aspecto ambiental. Os maiores desafios nesta área hoje são encontrar formas eficientes de produzir hidrogênio para estas aplicações e encontrar formas seguras, simples e de baixo custo para seu armazenamento. Neste trabalho de doutorado foi investigado um sistema inovador para a produção de hidrogênio utilizando combustíveis renováveis e/ou baixo custo e de baixo impacto ambiental tais como etanol, gás natural e luz solar. Este sistema se baseia em duas reações reversíveis envolvendo as fases Feo e óxidos de ferro. Na primeira reação o óxido de ferro reage com o combustível, e.g. etanol, para formar ferro metálico, e em uma segunda etapa o ferro produzido é re-oxidado utilizando-se água, levando a produção de hidrogênio. O trabalho foi dividido em quatro etapas principais: (i) Síntese e caracterização dos óxidos a-Fe2O3, .-Fe2O3, Fe3O4, a-FeOOH, seguida de testes de redução através da técnica de Reação a Temperatura Programada (ReTP). Os resultados obtidos mostraram que etanol pode reduzir qualquer uma das fases de ferro. Análises por DRX, Mössbauer, TG/DTA, MEV e reações com etanol realizadas a 300, 400, 500, 600, 700, 800 e 900oC sugeriram a formação de diferentes produtos dependendo da temperatura: Fe3O4 a 300 °C, Fe1-xO a 500 °C, Fe° a 600 °C e Fe3C a temperaturas acima de 600 °C, bem como deposição de carbono. (ii) Síntese e caracterização de compósitos de óxidos de ferro suportados em Al2O3 , SiO2 e TiO2 com teores de 7, 14, 21 e 35 % em peso de ferro, bem como estudos ReTP com etanol para estes materiais. Para todos estes materiais suportados, partículas de dimensões nanométricas de óxidos de ferro são reduzidas de forma semelhante aos óxidos de ferro puros. No entanto, observou-se que o ferro reage com o suporte no caso de SiO2 e de TiO2. (iii) Realização de ciclos de redox utilizado-se, inicialmente, hidrogênio e, posteriormente, etanol, para redução dos óxidos de ferro puros e suportados, seguido de oxidação com água. Tanto a hematita pura quanto a suportada em alumina mostraram-se ativas por pelo menos cinco ciclos consecutivos de redução/oxidação, sendo a suportada consideravelmente mais ativa. (iv) Uma parte do trabalho foi realizado no Instituto de Catálisis y Petroleoquímica (ICP) .. ró Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) na Espanha, sob co-orientação do Prof. Dr. Jose Luis García Fierro. Nesta parte, ferritas com diferentes teores de níquel foram utilizadas em ciclos redox similares aos anteriores, mas utilizando a redução puramente térmica da ferrita a temperaturas de até 1400 °C, seguida de oxidação com água a até 1200 °C, em uma simulação das condições utilizadas em um reator solar. As amostras foram caracterizadas por TPR, TPO, MEV, DRX, ICP e XPS e submetidas a ciclos de redução térmica e oxidação com água. Os resultados mostraram que a ferrita totalmente substituída (NiFe2O4) é mais facilmente reduzida termicamente, bem como apresenta maior estabilidade quando submetida a múltiplos ciclos redox. Além disso, a ferrita suportada apresentou uma produção de hidrogênio consideravelmente superior à não suportada

ASSUNTO(S)

química inorgânica  teses.   hidrogenio  teses.   Óxidos de ferro teses  células a combustível  teses.  

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