Estudo de catalisadores de Ni/ZnO promovidos com CeO2 aplicados em reações de reforma a vapor do etanol e acetona

A produção de energia é um dos grandes desafios deste século, principalmente com a necessidade no desenvolvimento de processos que utilizem preferencialmente fontes renováveis. Nesse contexto, é claro o interesse por pesquisas baseada no hidrogênio. Porém, os ganhos ambientais efetivos estão associados também à matéria-prima usada no processo de geração do hidrogênio, senso assim mais significativo quando do uso de fontes renováveis. No presente trabalho foi estudado o efeito da adição de diferentes teores de CeO2 em catalisadores de NiZnO, preparados pelo método da co-precipitação. Os catalisadores foram estudados frente à reação de reforma a vapor do etanol (RVE) para produção de H2, e no decorrer do trabalho foi pertinente incluir o estudo da reforma a vapor da acetona (RVA), como complemento dos estudos da RVE. Além disso, esta é uma molécula modelo para reforma a vapor do bio-óleo. Nos sistemas catalíticos sintetizados houve a formação da liga NiZn3, o que aparenta proporcionar um efeito sinérgico entre esses elementos. Observou-se um efeito altamente promotor do CeO2 com relação a diminuição do coque formado, devido a uma menor da formação da acetona, durante as etapas de reforma do etanol. O que consequentemente interferiu na produção de H2. O catalisador contendo 20% de CeO2 denominado NiZn20Ce apresentou um desempenho altamente promissor, pois de acordo com as análises de DRIFT, a presença do CeO2 levou a formação de espécies de formiato, o que consequentemente interferiu em uma menor formação de coque e maior produção de H2. Foi comprovado também que a natureza dos depósitos carbonáceos depende tanto do substrato utilizado quanto das etapas precursoras inicias que levarão a formação desse coque, sendo o ponto chave para um melhor desempenho do catalisador.

Catalisadores Ni/MgO-SiO2 aplicados na reação de reforma a vapor de glicerol

Catalisadores de Ni (10% em massa) suportado em matrizes mistas MgO-SiO2 foram aplicados na reação de reforma a vapor de glicerol. Os efeitos do teor de MgO como aditivo e do método de preparação foram avaliados frente às propriedades físico-químicas e texturais dos materiais; assim como à atividade, seletividade, estabilidade e formação de carbono na reforma a vapor do glicerol. Os catalisadores foram preparados com diferentes teores mássicos de MgO (10%, 30% e 50%) sobre SiO2 comercial, utilizando processo via seca (mistura física) e via úmida (impregnação sequencial com diferentes solventes: água, etanol e acetona). Foram utilizadas as técnicas de caracterização de espectroscopia de energia dispersiva de raios X, fisissorção de nitrogênio, difratometria de raios X, termogravimetria, difratometria de raios X in situ com O2, redução a temperatura programada com H2, difratometria de raios X in situ com H2, dessorção a temperatura programada com H2 e microscopia eletrônica de varredura. Foi observado que o Ni(II) interage de forma variada com os suportes com diferentes teores de MgO, e que a polaridade do solvente de impregnação utilizado no processo de preparação influencia as propriedades dos catalisadores. A fim de verificar a atividade, seletividade e deposição de carbono; os catalisadores foram testados na reação de reforma a vapor de glicerol a 600oC, por um período de 5h e razão molar água:glicerol de 12:1. Após as reações, os catalisadores foram novamente submetidos às análises de termogravimetria, difratometria de raios X e microscopia eletrônica de varredura, visando a caracterização dos depósitos de carbono obtidos durante o processo catalítico. Os catalisadores de matrizes mistas se mostraram ativos e apresentaram seletividades similares para os produtos gasosos CH4, CO e CO2, além de um alto rendimento em H2. Observou-se que a adição de MgO no suporte, aumentou a dispersão do Ni(II) no material, que por sua vez, influenciou na quantidade de carbono depositado ao longo da reação. A polaridade do solvente de impregnação também teve influência na dispersão metálica, sendo que, quanto menor a polaridade do solvente, maior foi a dispersão obtida no catalisador, e menor a deposição de carbono na reação. O material que apresentou o melhor desempenho catalítico frente ao rendimento de H2 e à deposição de carbono, foi o catalisador preparado com 30% de MgO com etanol como solvente de impregnação.

Aditivos (ionóforo e não ionóforo), processamento de grãos de milho e concentrações de fibra insolúvel em detergente neutro (FDN) de silagem de milho em dietas para bovinos em terminação

Foram conduzidos dois experimentos com o intuito de se avaliar o desempenho, características de carcaça e parâmetros ruminais de bovinos Nelore recebendo dietas contendo grãos de milho flint processados de diferentes formas em associação a diferentes aditivos e níveis de FDN de silagem de milho (FDNf). No Experimento 1, 239 tourinhos (PCI=350±26,79kg) foram alojados em 40 baias de acordo com o peso corporal inicial e receberam dietas contendo dois tipos de processamento dos grãos de milho (moagem fina e floculação) e diferentes aditivos (monensina sódica; 25 ppm e formulação A062 a base de virginiamicina; produto teste, não comercial, fornecido pela Ourofino Saúde Animal; nas dosagens de 17 e 25 ppm), totalizando 8 tratamentos. Os dados foram analisados pelo PROC MIXED do SAS. A floculação aumentou o peso final, o ganho de peso diário, a eficiência alimentar, o peso da carcaça quente e tendeu a aumentar o rendimento de carcaça em comparação a moagem fina. Houve tendência de interação entre processamento e fornecimento de aditivos para a ingestão de matéria seca e ganho de peso diário. A floculação reduziu o teor de amido fecal, aumentou a digestibilidade do amido no trato total, aumentou os valores de energia liquida para manutenção e ganho da dieta e o numero médio de papilas ruminais. Os aditivos aumentaram a altura, largura e área das papilas e reduziram a espessura de faixa de queratina em relação ao tratamento controle. Houve tendência das formulações a base de virginiamicina aumentarem o peso da carcaça quente dos animais em comparação com a monensina sódica, mas não em relação ao tratamento controle sem aditivo. A floculação foi mais efetiva para aumentar a digestiblidade do amido no trato total, o valor energético do milho e o desempenho dos bovinos enquanto que os aditivos não foram efetivos para aumentar o valor energético das dietas e a eficiência alimentar dos animais. No Experimento 2, 237 tourinhos (PCI=350±28,49kg) foram alojados em 32 baias de acordo com o peso corporal inicial e receberam dietas contendo dois tipos de processamento (moagem grosseira e floculação) e diferentes níveis de FDNf (4; 7; 10 e 13% MS), totalizando 8 tratamentos. Os dados foram analisados pelo PROC MIXED do SAS. A floculação tendeu a aumentar a eficiência alimentar, o peso da carcaça quente e a espessura de gordura subcutânea, reduziu o teor de amido fecal, aumentou a digestibilidade do amido no trato total como também aumentou os valores de energia liquida para manutenção e para ganho das dietas. Os níveis de FDNf afetaram ingestão de matéria seca e o peso da carcaça quente independente do método de processamento. Houve tendência de aumento linear no GPD e tendência de redução quadrática na eficiência alimentar com inclusão crescente de FDNf. A inclusão de silagem de milho em dietas com alto teor de milho flint reduziu a eficiência alimentar dos animais, mas aumentou o peso da carcaça quente. A floculação aumentou o valor energético do cereal para tourinhos Nelore em dietas com alto teor de energia.

Efeito da adição de fibras de cana-de-açúcar pré-tratadas na produção de metano advinda da biodigestão anaeróbia de gorduras do leite

A digestão anaeróbia é uma alternativa para o tratamento de resíduos com altas concentrações de matéria orgânica. Por meio dos processos anaeróbios é possível a produção de biogás, fonte de energia renovável e ambientalmente amigável. Elevadas concentrações de lipídios, todavia, apesar de representarem elevado potencial metanogênico, interferem negativamente nos sistemas de tratamento, podendo inibir a atividade microbiana e, consequentemente, a produção de metano. O presente projeto avaliou o efeito da adição de bagaço de cana-de-açúcar no processo de biodigestão anaeróbia de elevadas concentrações de gorduras advindas de efluentes de laticínio. Para tanto foi utilizado bagaço de cana-de-açúcar in natura e pré-tratadas pelos seguintes métodos: organossolve, hidrotérmico, explosão à vapor e ácido diluído. O uso desse material lignocelulósico teve o objetivo de controlar a inibição causada pelos produtos da hidrólise dos lipídios por meio de sua adsorção e, consequentemente, diminuição das concentrações de tais compostos no meio. Outra hipótese era que o bagaço de cana-de-açúcar pudessem agir como co-substrato no processo de biodigestão anaeróbia. Inicialmente realizaram-se ensaios de biodegradabilidade anaeróbia com concentrações crescentes de gordura, que resultaram em relação entre substrato e microrganismo 0,06, 0,1, 0,2, 0,4 e 0,6 g DQO/gSTV. O ensaio com concentração em que foi verificada a inibição severa (0,4 gDQO/gSTV) do processo foi repetido com adição das fibras tratadas e não tratadas. Aos dados de produção acumulada de metano ajustou-se modelo de Gompertz, e parâmetros cinéticos foram inferidos. O bagaço de cana-de-açúcar mostrou potencial como adsorvente de gordura, pois as produções metanogênicas foram superiores à condição inibida sem adição desse material. A adição de fibras pré-tratadas por método organossolve resultou nas maiores produções de metano.

Hydrogen storage in CO2-activated amorphous nanofibers and their monoliths

Amorphous carbon nanofibers (CNFs), produced by the polymer blend technique, are activated by CO2 (ACNFs). Monoliths are synthesized from the precursor and from some ACNFs. Morphology and textural properties of these materials are studied. When compared with other activating agents (steam and alkaline hydroxides), CO2 activation renders suitable yields and, contrarily to most other precursors, turns out to be advantageous for developing and controlling their narrow microporosity (< 0.7 nm), VDR(CO2). The obtained ACNFs have a high compressibility and, consequently, a high packing density under mechanical pressure which can also be maintained upon monolith synthesis. H2 adsorption is measured at two different conditions (77 K / 0.11 MPa, and 298 K / 20 MPa) and compared with other activated carbons. Under both conditions, H2 uptake depends on the narrow microporosity of the prepared ACNFs. Interestingly, at room temperature these ACNFs perform better than other activated carbons, despite their lower porosity developments. At 298 K they reach a H2 adsorption capacity as high as 1.3 wt.%, and a remarkable value of 1 wt.% in its mechanically resistant monolith form.

Activation of polymer blend carbon nanofibres by alkaline hydroxides and their hydrogen storage performances

In the present work we study the hydroxide activation (NaOH and KOH) of phenol-formaldehyde resin derived CNFs prepared by a polymer blend technique to prepare highly porous activated carbon nanofibres (ACNFs). Morphology and textural characteristics of these ACNFs were studied and their hydrogen storage capacities at 77 K (at 0.1 MPa and at high pressures up to 4 MPa) were assessed, and compared, with reported capacities of other porous carbon materials. Phenol-formaldehyde resin derived carbon fibres were successfully activated with these two alkaline hydroxides rendering highly microporous ACNFs with reasonable good activation process yields up to 47 wt.% compared to 7 wt.% yields from steam activation for similar surface areas of 1500 m2/g or higher. These nano-sized activated carbons present interesting H2 storage capacities at 77 K which are comparable, or even higher, to other high quality microporous carbon materials. This observation is due, in part, to their nano-sized diameters allowing to enhance their packing densities to 0.71 g/cm3 and hence their resulting hydrogen storage capacities.

Valoración energética de subproductos de palmera datilera

Este trabajo se integra en el marco de un estudio de valoración energética de subproductos obtenidos de la palmera datilera, disponibles en grandes cantidades y que actualmente no se valorizan. El objetivo principal de este trabajo consiste en evaluar los subproductos de la palmera datilera, y en concreto, estudiar el poder calorífico superior de las principales especies presentes en los oasis, y en obtener, mediante pirolisis de estos subproductos, carbón activo, y de esta al forma valorar residuos, obtener un aprovechamiento económico secundario, al mismo tiempo que estamos valorando estos residuos. El estudio se realiza sobre siete especies arbóreas, entre ellas cinco variedades de palmera datiliera, y en concreto sobre un único subproducto. Los resultados de estas pruebas permitieron poner de manifiesto que el Poder Calorífico de las especies que habitan los oasis es más importante que el de las otras especies arbóreas. El residuo sólido se obtiene de la madera de la parte inferior del árbol que se llama (Kornaf), activada a una temperatura de 700 °C utilizando el vapor de agua como agente de activación. Se estudió la calidad del carbón activo obtenido, mediante el cálculo de su superficie específica, y resultó de buena calidad (1050m2/g).

NaOH and KOH for preparing activated carbons used in energy and environmental applications

Alkaline hydroxides, especially sodium and potassium hydroxides, are multi-million-ton per annum commodities and strong chemical bases that have large scale applications. Some of them are related with their consequent ability to degrade most materials, depending on the temperature used. As an example, these chemicals are involved in the manufacture of pulp and paper, textiles, biodiesels, soaps and detergents, acid gases removal (e.g., SO2) and others, as well as in many organic synthesis processes. Sodium and potassium hydroxides are strong and corrosive bases, but they are also very stable chemicals that can melt without decomposition, NaOH at 318ºC, and KOH at 360ºC. Hence, they can react with most materials, even with relatively inert ones such as carbon materials. Thus, at temperatures higher than 360ºC these melted hydroxides easily react with most types of carbon-containing raw materials (coals, lignocellulosic materials, pitches, etc.), as well as with most pure carbon materials (carbon fibers, carbon nanofibers and carbon nanotubes). This reaction occurs via a solid-liquid redox reaction in which both hydroxides (NaOH or KOH) are converted to the following main products: hydrogen, alkaline metals and alkaline carbonates, as a result of the carbon precursor oxidation. By controlling this reaction, and after a suitable washing process, good quality activated carbons (ACs), a classical type of porous materials, can be prepared. Such carbon activation by hydroxides, known since long time ago, continues to be under research due to the unique properties of the resulting activated carbons. They have promising high porosity developments and interesting pore size distributions. These two properties are important for new applications such as gas storage (e.g., natural gas or hydrogen), capture, storage and transport of carbon dioxide, electricity storage demands (EDLC-supercapacitors-) or pollution control. Because these applications require new and superior quality activated carbons, there is no doubt that among the different existing activating processes, the one based on the chemical reaction between the carbon precursor and the alkaline hydroxide (NaOH or KOH) gives the best activation results. The present article covers different aspects of the activation by hydroxides, including the characteristics of the resulting activated carbons and their performance in some environment-related applications. The following topics are discussed: i) variables of the preparation method, such as the nature of the hydroxide, the type of carbon precursor, the hydroxide/carbon precursor ratio, the mixing procedure of carbon precursor and hydroxide (impregnation of the precursor with a hydroxide solution or mixing both, hydroxide and carbon precursor, as solids), or the temperature and time of the reaction are discussed, analyzing their effect on the resulting porosity; ii) analysis of the main reactions occurring during the activation process, iii) comparative analysis of the porosity development obtained from different activation processes (e.g., CO2, steam, phosphoric acid and hydroxides activation); and iv) performance of the prepared activated carbon materials on a few applications, such as VOC removal, electricity and gas storages.

Activation of a spherical carbon for toluene adsorption at low concentration

This paper complements a previous one [1] about toluene adsorption on a commercial spherical activated carbon and on samples obtained from it by CO2 or steam activation. The present paper deals with the activation of a commercial spherical carbon (SC) having low porosity and high bed density (0.85 g/cm3) using the same procedure. Our results show that SC can be well activated with CO2 or steam. The increase in the burn-off percentage leads to an increase in the gravimetric adsorption capacity (more intensively for CO2) and a decrease in bed density (more intensively for CO2). However, for similar porosity developments similar bed densities are achieved for CO2 and steam. Especial attention is paid to differences between both activating agents, comparing samples having similar or different activation rates, showing that CO2 generates more narrow porosity and penetrates more inside the spherical particles than steam. Steam activates more from the outside to the interior of the spheres and hence produces larger spheres size reductions. With both activation agents and with a suitable combination of porosity development and bed density, quite high volumetric adsorption values of toluene (up to 236 g toluene/L) can be obtained even using a low toluene concentration (200 ppmv).

X-Ray Imaging of SAPO-34 Molecular Sieves at the Nanoscale: Influence of Steaming on the Methanol-to-Hydrocarbons Reaction

The effect of a severe steaming treatment on the physicochemical properties and catalytic performance of H-SAPO-34 molecular sieves during the methanol-to-hydrocarbons (MTH) reaction has been investigated with a combination of scanning transmission X-ray microscopy (STXM), catalytic testing, and bulk characterization techniques, including ammonia temperature programmed desorption and 27Al and 29Si magic angle spinning nuclear magnetic resonance. For this purpose, two samples, namely a calcined and a steamed H-SAPO-34 catalyst powder, have been compared. It has been found that calcined H-SAPO-34 displays a high selectivity towards light olefins, yet shows a poor stability as compared to a zeolite H-ZSM-5 catalyst. Moreover, in situ STXM at the carbon K-edge during the MTH reaction allows construction of nanoscale chemical maps of the hydrocarbon species formed within the H-SAPO-34 aggregates as a function of reaction time and steam post-treatment. It was found that there is an initial preferential formation of coke precursor species within the core of the H-SAPO-34 aggregates. For longer times on stream the formation of the coke precursor species is extended to the outer regions, progressively filling the entire H-SAPO-34 catalyst particle. In contrast, the hydrothermally treated H-SAPO-34 showed similar reaction selectivity, but decreased activity and catalyst stability with respect to its calcined counterpart. These variations in MTH performance are related to a faster and more homogeneous formation of coke precursor species filling up the entire steamed H-SAPO-34 catalyst particle. Finally, the chemical imaging capabilities of the STXM method at the Al and Si K-edge are illustrated by visualizing the silicon islands at the nanoscale before and after steaming H-SAPO-34.

Gasification and pyrolysis of Posidonia oceanica in the presence of dolomite

In the present work, a very detailed study of the reforming of syngas produced in the decomposition of Posidonia oceanica is done. The effect of the presence of different amounts of dolomite is analyzed. Also pyrolysis is studied, in nitrogen atmosphere, and gasification in the presence of air, oxygen and different amounts of steam. A detailed discussion on formation and destruction of tars is done. Furthermore, the effect of the heating rate in the decomposition and the residence time of the evolved gases are discussed. Syngas with ratio H2/CO from 0.3 to ca. 3 can be obtained from this interesting material. Marine species (microalgae) are usually studied with the aim of cultivating them for gas or oil production, but in this paper we draw attention to the possibility of using a natural resource with a very small impact in the ecosystem.

Gasification and Pyrolysis of Posidonia oceanica in the Presence of Dolomite

Resumen del póster presentado en Symposium on Renewable Energy and Products from Biomass and Waste, CIUDEN (Cubillos de Sil, León, Spain), 12-13 May 2015