Ni catalyst on mixed support of CeO2-ZrO2 and Al2O3: Effect of composition of CeO2-ZrO2 solid solution on the methane steam reforming reaction

In this study, catalysts containing 5 wt.% Ni deposited on a support composed of a CeO2-ZrO2 solid solution deposited on alumina were tested in the steam reforming of methane. The supports, with various ratios of Ce to Zr, were prepared by co-precipitation of the oxide precursors, followed by calcination in synthetic air. The catalysts were then prepared by Ni impregnation of the supports. The prepared solids were characterized by temperature-programmed reduction with H-2 (TPR-H-2), in situ X-ray diffraction (XRD) and X-ray absorption near-edge structure (XANES) spectroscopy. The XRD analysis confirmed the formation of a solid solution between ZrO2 and CeO2. In the catalytic tests, it was found that catalysts with higher Ce content did not exhibit deactivation during 6 h of reaction. The catalyst with highest Ce content, Ni(0.8Ce0.2Zr)AI, provided the best result, with the highest rate of conversion of methane and the lowest carbon deposition, which may be partly due to the smaller Ni-0 crystallites in this sample and also the segregated CeO2 particles may have favored H2O adsorption which could lead to higher C gasification. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Synthesis of high-surface-area gamma-Al2O3 from aluminum scrap and its use for the adsorption of metals: Pb(II), Cd(II) and Zn(II)

Several types of alumina were synthesized from sodium aluminate (NaAlO2) by precipitation with sulfuric acid (H2SO4) and subsequently calcination at 500 degrees C to obtain gamma-Al2O3. The precursor aluminate was derived from aluminum scrap. The various gamma-Al2O3 synthesized were characterized by Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction (XRD), adsorption-desorption of N-2 (S-BET) and scanning electron microscopy (SEM). XRD revealed that distinct phases of Al2O3 were formed during thermal treatment. Moreover, it was observed that conditions of synthesis (pH, aging time and temperature) strongly affect the physicochemical properties of the alumina. A high-surface-area alumina (371 m(2) g(-1)) was synthesized under mild conditions, from inexpensive raw materials. These aluminas were tested for the adsorption of Cd(II), Zn(II) and Pb(II) from aqueous solution at toxic metal concentrations, and isotherms were determined. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Avaliação do molhamento da matriz de um concreto refratário (Al2O3-SiC-SiO2-C) por escórias sintéticas contendo distintos teores de MgO

O comportamento de espalhamento de quatro escórias sintéticas foi investigado pelo método da gota séssil, quando em contato com a matriz de um concreto refratário contendo alto teor de carbono e carbeto de boro como agente antioxidante. A evolução do molhamento do sólido foi monitorada a 1450, 1550 e 1650 ºC por 1800 s. Além disso, simulações termodinâmicas foram efetuadas, usando o programa FactSage®, visando promover um maior entendimento das reações químicas que podem ocorrer na interface dos materiais avaliados. Foi observado que a composição química do líquido afetou diretamente o espalhamento deste e quanto maior o teor de MgO na composição da escória, maiores foram os valores do ângulo de contato entre líquido e sólido. No entanto, em altas temperaturas e tempos prolongados, foram verificadas a formação de bolhas na superfície do líquido e a infiltração das escórias nos poros do refratário. Estes fatores afetaram negativamente e tornaram menos conclusivos os dados coletados nos ensaios propostos, apontando que ainda são necessários aperfeiçoamentos da técnica de molhabilidade para a avaliação de materiais complexos, tais como os concretos refratários.

Sistemi Rh/CeO2-Al2O3 per l'ossidazione catalitica del metano

L’ossidazione catalitica parziale (CPO) del metano è un processo di elevato interesse scientifico ed industriale, permettendo la produzione su piccola scala di H2 o la produzione di syngas con un rapporto H2/CO = 2, utile per la produzione di metanolo o la sintesi di Fischer-Tropsch di idrocarburi. Inoltre, si possono raggiungere elevate conversioni del metano e selettività in syngas operando a bassi valori del tempo di contatto, riducendo così le dimensioni dei reattori. Tuttavia, gli elevati flussi e le temperature raggiunte nel letto possono condurre rapidamente alla disattivazione del catalizzatore; pertanto, è necessario lo sviluppo di materiali non soltanto attivi, ma anche stabili nelle condizioni di reazione. Lo scopo di questo lavoro è stato lo sviluppo di catalizzatori a base di Rh e ceria, utilizzati sia come pellets che supportati su una schiuma metallica. In particolare, il lavoro è stato focalizzato sulla sintesi, caratterizzazione ed attività catalitica di materiali Rh-CeO2-Al2O3. La presenza di CeO2 può modificare la dispersione del Rh metallico e la sua stabilità nei confronti della sinterizzazione e della formazione del carbone, mentre la stabilità termica è favorita dalla presenza di Al2O3. Poiché queste proprietà e, di conseguenza, le prestazione catalitiche dipendono dalla dimensioni delle particelle di CeO2 sono stati preparati catalizzatori con diverso contenuto di CeO2 (10 e 20 p/p %) ed utilizzando differenti metodi di preparazione per modularne le proprietà. Le sintesi sono effettuate per coprecipitazione e per sintesi con urea per trattamento micronde-idrotermale. Le prestazione dei catalizzatori in pellets sono state analizzate in un impianto di laboratorio operando a bassi valori del tempo di contatto e modificando la temperatura e la concentrazione della miscela gassosa, i.e. sia in condizioni lontane dall’equilibrio termodinamico che in condizioni prossime a quelle industriali. Un catalizzatore con lo stesso contenuto di Rh ed ottenuto da precursori tipo idrotalcite (HT) è stato utilizzato come riferimento. Per incrementare ulteriormente le prestazioni catalitiche, in particolare il trasferimento del calore lungo il letto catalitico, la migliore composizione individuata delle prove precedenti è stata depositata su pellets di una schiuma metallica (FeCrAlloy). E’ stato utilizzato il metodo dell’elettrosintesi per la deposizione di idrossidi di Rh, Ce e Al, ottenendo dopo calcinazione catalizzatori strutturati. Si è valutato l’effetto dei parametri di sintesi, potenziale applicato e tempo, sulle proprietà catalitiche. Anche in questo caso i risultati sono stati confrontati quelli ottenuti con un catalizzatori di riferimento ottenuti da un precursore HT preparati per elettrosintesi.

Investigation of dangling bonds in al2o3 passivated si surface using electron paramagnetic resonance (epr)

Nel presente lavoro di tesi magistrale sono stati depositati e caratterizzati sottili film di ossido di alluminio, Al2O3, (di spessore compreso tra 3-30 nm) su un substrato di FZ-Si drogato p. La deposizione è avvenuta mediante plasma ALD (Atomic Layer Depostion). La tecnica spettroscopica EPR (Electron Paramagnetic Resonance) è stata utilizzata per studiare l’interfaccia Si/Al2O3 con lo scopo di scoprire l’origine della formazione di densità di carica negativa Qf all’interfaccia: tale carica negativa induce una passivazione per effetto di campo ed è quindi la ragione per cui il dielettrico Al2O3 risulta essere un ottimo materiale passivante. Si è deciso di variare alcuni parametri, come lo spessore dello strato di Al2O3, lo spessore dello strato intermedio di ossido di silicio, depositato mediante ossidazione termica (dry thermal oxidation), e la superficie del substrato di silicio. Sono stati realizzati cinque differenti gruppi di campioni: per ciascuno di essi sono state impiegate varie tecniche di caratterizzazione, come la QSSPC (Quasi Steady State Photoconuctance) e la tecnica di spettroscopia ottica SE (spettroscopic ellipsometry). Per ogni gruppo sono stati riportati gli spettri EPR ottenuti ed i rispettivi fit, da cui è stato possibile risalire ai fattori giromagnetici di spin g, riportati in tabelle con le loro possibili attribuzioni. E’ stato dimostrato che la presenza di uno strato di ossido di silicio tra il substrato di silicio e lo strato di ossido di alluminio risulta essere fondamentale per la formazione di densità di carica negativa all’interfaccia: aumentando lo spessore dello strato di SiOx (nel range 1-30 nm) si assiste ad una diminuzione di carica negativa Qf. Analizzando gli spettri EPR, è stato possibile concludere che all’interfaccia Si/Al2O3 sono presenti difetti caratteristici dell’interfaccia Si/SiOx. Le nostre osservazioni, dunque, sono coerenti con la formazione di uno strato di ossido di silicio tra Si e Al2O3.

Elettrosintesi di catalizzatori Rh-Al2O3 su schiume FeCrAl per la produzione di syngas

La preparazione di catalizzatori attivi nella reazione di ossidazione parziale catalitica del metano a base di Rh, è stata condotta utilizzando tecniche di sintesi elettrochimiche su schiume metalliche a base di FeCrAlY. Sono stati depositati precursori a base di Rh/Al (Al2O3) e successivamente comparati ai catalizzatori a base idrotalcitica Rh/Mg/Al, precedentemente studiati. La precipitazione dei composti di Al ed idrotalciti sono stati ottenute tramite la tecnica di elettrogenerazione di basi. Sono state svolte prove di Linear Sweep Voltammetry (LSV) in soluzioni di KNO3 per determinare i potenziali ai quali si ottiene la riduzione dei nitrati, individuando il potenziale di sintesi a -1,2V. Tramite la tecnica potenziostatica (CronoAmperometria, CA) è stato possibile ottenere indicazioni sulle correnti in gioco durante la riduzione dei nitrati per tutto il tempo di reazione. Sono state eseguite successivamente cronoamperometrie in soluzione di Al(NO3)3 0,06M nelle condizioni -1,2V per tempi variabili, per poter determinare il grado di ricoprimento e l’adesione dei rivestimenti in ossoidrossido di alluminio su differenti supporti, partendo da geometrie semplici, come lamine metalliche in lega FeCrAlY, e passando mano a mano a geometrie più complesse, come fibre metalliche e schiume dello stesso materiale. La sintesi dei precursori catalitici è stata ottenuta su schiume di FeCrAlY in cronoamperometria utilizzando come specie in soluzione i nitrati dei metalli da depositare sottoforma di osso idrossidi. la sintesi viene effettuata successivamente su una cella in flusso più innovativa che da risultati migliori sia di ricoprimento che sulle percentuali di Rh depositato. Le schiume ottenute sono state successivamente caratterizzate, tramite analisi SEM-EDS, per poi essere calcinate a 900°C e provate, per determinarne l’attività nella reazione di ossidazione parziale catalitica del metano ad una temperatura di 750°C.

A thermodynamic model for di-trioctahedral chlorite from experimental and natural data in the system MgO-FeO-Al2O3-SiO2-H2O. Applications to P-T sections and geothermometry

We present a new thermodynamic activity-composition model for di-trioctahedral chlorite in the system FeO–MgO–Al2O3–SiO2–H2O that is based on the Holland–Powell internally consistent thermodynamic data set. The model is formulated in terms of four linearly independent end-members, which are amesite, clinochlore, daphnite and sudoite. These account for the most important crystal-chemical substitutions in chlorite, the Fe–Mg, Tschermak and di-trioctahedral substitution. The ideal part of end-member activities is modeled with a mixing-on-site formalism, and non-ideality is described by a macroscopic symmetric (regular) formalism. The symmetric interaction parameters were calibrated using a set of 271 published chlorite analyses for which robust independent temperature estimates are available. In addition, adjustment of the standard state thermodynamic properties of sudoite was required to accurately reproduce experimental brackets involving sudoite. This new model was tested by calculating representative P–T sections for metasediments at low temperatures (<400 °C), in particular sudoite and chlorite bearing metapelites from Crete. Comparison between the calculated mineral assemblages and field data shows that the new model is able to predict the coexistence of chlorite and sudoite at low metamorphic temperatures. The predicted lower limit of the chloritoid stability field is also in better agreement with petrological observations. For practical applications to metamorphic and hydrothermal environments, two new semi-empirical chlorite geothermometers named Chl(1) and Chl(2) were calibrated based on the chlorite + quartz + water equilibrium (2 clinochlore + 3 sudoite = 4 amesite + 4 H2O + 7 quartz). The Chl(1) thermometer requires knowledge of the (Fe3+/ΣFe) ratio in chlorite and predicts correct temperatures for a range of redox conditions. The Chl(2) geothermometer which assumes that all iron in chlorite is ferrous has been applied to partially recrystallized detrital chlorite from the Zone houillère in the French Western Alps.

Estudio a escala laboratorio y planta piloto, de la adsorción de NO y SO2, sobre CR2O3/AL2O3 a altas temperaturas, provenientes de fuentes fijas

Resumen: Se planificaron las experiencias con el objeto de analizar el comportamiento del catalizador en la columna metálica de mayor diámetro. Se modificaron las masas usadas para verificar la eficiencia de retención respecto de la masa. Se realizaron ciclos de adsorción, desorción y readsorción sobre una misma muestra para determinar variaciones en la eficiencia del catalizador. En otra fase, en colaboración con el Dr. V. A. Ranea y el Prof. E. E. Mola (INIFTA, UNLP), se desarrolló el estudio teórico de la adsorción de moléculas de SO2, CH4, CO2, O2 y CO sobre Cr2O3(0001) mediante Teoría del Funcional Densidad (programa VASP, Vienna Ab-initio Simulation Package), y el estudio de la cinética de la reacción entre CH4, SO2 y el O2 junto con la presencia de especies sulfito y sulfato. Este estudio permitió hallar los sitios preferenciales de adsorción de Sº y la posible competencia con SO2 experimentalmente y por cálculos teóricos. Dentro del marco de la presente línea de investigación, la Ing. Sabrina Hernández Guiance continúa realizando experiencias en el marco del proyecto conjunto con el INIFTA, las cuales forman parte del desarrollo de su tesis doctoral. Experimentalmente, se observa que la eficiencia de adsorción del catalizador respecto al SO2 es cercana al 100%. Se observa un pico de termodesorción a 1120 K. Luego, se estudió la oxidación de CH4 con SO2. Se observa que hay producción de CO2 desde temperatura inicial, seguida de un aumento significativo en la formación de CO2 hasta 330-340 K. Luego, la producción de CO2 se mantiene aproximadamente constante. Mediante el empleo de la ecuación de Arrhenius y resultados experimentales, se obtuvo la energía de activación de la reacción global, de 7 Kcal/mol. Mediante estudios teóricos, se determinó que la energía de quimisorción del SO2 sobre el Cr2O3 es de -3.09 eV para la configuración más estable, una energía de adsorción de O2 en estado disociativo de -1.567 eV, una energía para CH4 sobre O2 adsorbido previamente de -0.335 eV, y - 0.812 eV para la configuración más estable de CO2 sobre el sustrato.