Combustão catalítica de metano utilizando espinélio de cobalto proveniente de óxidos mistos de Co, Mg e Al obtidos da calcinação de hidróxidos duplos lamelares

Abstract

A demanda de produção de energia elétrica, e a necessidade do uso de termelétricas como unidades geradoras de energia, fazem com que seja necessária a busca por matrizes menos poluentes. Nessa busca a combustão catalítica do metano, tanto proveniente do gás natural como de outras fontes (resíduo do tratamento de lixo, por exemplo), tem se mostrado promissora. Sabidamente o uso de óxidos de cobalto é uma alternativa, que vem mostrando alto desempenho, ao uso de catalisadores a base de metais nobres. Com o intuito de potencializar a atividade do catalisador a base de cobalto, reduzindo assim tanto a temperatura de ignição quanto a de queima total do metano, esse trabalho propõe sua produção utilizando como precursor diferentes tipos de hidróxidos duplos lamelares (HDLs). Catalisadores à base de cobalto parcialmente substituídos em hidróxidos duplos lamelares (HDL de Mg, Al e CO32-) foram preparados por co-precipitação e impregnação num teor nominal de 9% de CoII em HDL, ou por impregnação em hidrotalcita comercial (HT). Os HDLs precursores foram caracterizados por difração de raios–X pelo método de pó (DRX) e por espectroscopia de absorção no infravermelho (FTIR). Os difratogramas indicaram a obtenção de um HDL de politipo 3R. Por meio do DRX foi identificada a presença de Gibbisita no suporte de HT. Os espectros de infravermelho dos HDLs precursores presentaram bandas referentes às vibrações ν1, ν2 e ν3 do ânion carbonato, além de bandas características de água interlamelar, estando portanto de acordo com os dados de DRX. A análise por difração de raios-X dos catalisadores após calcinação a 800ºC mostrou apenas as fases espinélio e periclásio. Os espectros de infravermelho apresentaram bandas atribuídas aos estiramentos Mg–O e Co–O em sítios tetraédricos e octaédricos, assim como bandas características de Mg–O–Al e de Co3O4. A atividade catalítica desses materiais foi investigada na combustão catalítica do metano, em regime cinético, empregando-se condições reacionais preestabelecidas de forma a evitar limitações difusionais, obtendo-se uma significativa diminuição na temperatura de combustão, sendo que a maior atividade foi observada para o catalisador preparado por impregnação em HT comercial. Foi realizada microscopia eletrônica de varredura (MEV) e análise química quantitativa (EDS) para os catalisadores com melhor desempenho, mostrando tanto a dispersão homogênea dos componentes na superfície das amostras como o maior teor de alumínio presente na amostra suportada em HT.