Desenvolvimento de Ni

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 12928 (2023) Citar este artigo

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O biogás tem sido amplamente considerado como uma fonte promissora de energia renovável. Recentemente, a conversão direta de biogás em catalisadores heterogêneos para a produção simultânea de gás de síntese e nanotubos de carbono apresenta um alto potencial para utilização total do biogás com grandes benefícios. Envolvendo a reforma a seco combinada do metano e a decomposição catalítica do metano, a eficiência do processo depende fortemente da atividade/estabilidade do catalisador, causada principalmente pela deposição de carbono. Neste estudo, o catalisador Ni-Mo é projetado para fornecer desempenho ao longo da vida e realizar alta atividade no processo combinado. A modificação da superfície de catalisadores por um pré-tratamento de carburação controlada é proposta pela primeira vez para produzir um catalisador de carboneto juntamente com a melhoria da estabilidade do catalisador, bem como a reatividade para conversão direta de biogás. O desempenho de catalisadores de metal duro preparados é investigado em comparação com os de óxido e metálicos. Como resultado, o catalisador Ni-Mo2C exibiu atividade e estabilidade superiores aos seus homólogos, embora o nanocarbono condensado tenha crescido e coberto em grande parte na superfície. Além disso, até 82% da conversão de CH4 e 93% da conversão de CO2 poderiam permanecer quase constantes a 800 °C durante todo o período de teste de 3 h sob uma corrente de entrada de alta vazão de biogás puro a 48.000 cm3 g−1 h−1 . Os espectros XPS dos catalisadores confirmaram que a presença de espécies Mo2C na superfície do catalisador poderia promover a estabilidade e a reatividade do catalisador, resultando em maior produtividade dos nanotubos de carbono por um longo período de tempo.

O aumento drástico da população mundial e a transformação industrial radical são considerados a principal razão para o crescimento exponencial da procura total de energia. Na verdade, uma porção gigantesca do fornecimento global de energia é dominada pela combustão de combustíveis fósseis, que se espera que seja uma das fontes cruciais de emissões de CO2 e conduza a problemas ambientais. Entretanto, o hidrogénio está a obter cada vez mais reconhecimento em todo o mundo como um transportador de energia e como um combustível potencial que promete reduzir o consumo destes combustíveis fósseis convencionais. Além disso, oferece soluções livres de poluição para o desenvolvimento sustentável da tecnologia de células de combustível1,2,3. Atualmente, existem numerosos caminhos viáveis ​​que foram propostos para a produção de hidrogênio, como reforma a vapor, oxidação parcial, gaseificação de carvão, pirólise de hidrocarbonetos e assim por diante4,5,6,7. Além das tradicionais produções de energia renovável, a reforma a seco do metano (DRM) na Eq. (1) está sendo cada vez mais estudado e se destaca como a forma mais atrativa de utilização do biogás e produção de misturas de gás de síntese (H2 + CO). Isto porque pode fornecer gás de síntese com uma relação H2/CO próxima de 1,0, especialmente devido à redução de dois dos principais gases de efeito estufa substanciais8,9.

Descobriu-se que metais ativos de grupos como Ru, Rh, Ir, Pd e Pt apresentam reatividade superior e desempenho estável com alta resistência à formação de coque em DRM. Por um lado, o custo antieconómico destes catalisadores de metais preciosos e a sua disponibilidade restrita tornam-nos inadequados para aplicações comerciais de aumento de escala10. Os catalisadores suportados à base de Ni, por outro lado, são preferidos devido ao seu preço acessível e atividade comparável aos dos metais nobres . No entanto, a desativação da fase ativa afetada pelo envenenamento por carbono que ocorre principalmente no processo de reforma é a principal desvantagem intensiva de tais catalisadores de reforma . Nesse sentido, a maioria dos estudos tem sido conduzida com foco na forma de prevenir esses depósitos carbonáceos indesejados na superfície do catalisador . Em nosso trabalho anterior20, propusemos com sucesso uma abordagem eficaz para superar essa importante preocupação, transformando o carbono depositado em nanomateriais valiosos, como nanotubos de carbono (CNTs), que podem ser promovidos simultaneamente juntamente com a reação de decomposição catalítica do metano (CDM), como mostrado na Eq. (2). Os resultados demonstraram que o uso de catalisadores bimetálicos Ni-Mo/MgO apresentou desempenho cataliticamente excelente a 800 °C na conversão de biogás em gás de síntese rico em H2 e nanotubos de carbono de paredes múltiplas (MWCNTs) através dos processos integrativos entre reforma a seco de metano e decomposição catalítica do metano. Mesmo assim, do ponto de vista prático de longo prazo, parecia ficar clara uma grande queda nas taxas de reação do CH4 e do CO2. Este comportamento de degradação pode ser explicado pela desativação do catalisador durante uma execução de 20 horas. Portanto, existe o desejo de desenvolver ainda mais um catalisador que seja de baixo custo, bem qualificado e que possa resistir por um período prolongado.