Avaliação de catalisadores suportados em nanotubos de carbono e modelagem cinética do processo para a reação de Water-Gas-Shift (WGS)

Resumo

A reação Water-Gas Shift (WGS) é uma das rotas mais importantes para a produção de hidrogênio e no controle das razões H2/CO nas reações de reforma do metano. Ela vem recebendo grande importância devido ao uso do H2 nas principais indústrias químicas (fertilizantes, refino do petróleo, etc.) e nas células a combustível. Além disso, o controle na razão H2/CO se faz relevante, por exemplo, na produção de hidrocarbonetos líquidos através da síntese de Fischer-Tropsch, valorizando assim o uso do gás natural em detrimento ao do petróleo. Para a otimização da reação WGS, reversível e exotérmica, utilizam-se estágios consecutivos em alta (HTS) e baixa temperatura (LTS), nos quais catalisadores de Fe2O3-Cr2O3 e Cu-ZnO-Al2¬O3 são geralmente empregados, respectivamente. Entretanto, para aplicações nas células a combustíveis portáteis, estão sendo utilizados catalisadores à base de metais nobres, em nanoescala, suportados em óxidos por apresentarem características mais resistentes e adequadas a este tipo de emprego. Nesse contexto, o emprego de nanotubos de carbono como suporte de catalisadores tem se mostrado vantajoso devido a sua alta área superficial e a baixa disponibilidade de alguns óxidos para esta finalidade. Ainda mais, a determinação do modelo cinético e o entendimento dos mecanismos de reação se mostram fundamentais para o projeto de reatores e o desenvolvimento de novos catalisadores para a reação WGS. Os modelos cinéticos mais utilizados para descrever o processo são os de Langmuir-Hinshelwood e os de leis de potência, enquanto que os dois mecanismos mais constatados no meio científico são o redox e o associativo. Neste projeto de pesquisa, tem-se o intuito de avaliar novos catalisadores suportados em nanotubos de carbono e de propor um modelo cinético que melhor descreva a reação WGS a fim de encontrar soluções inovadoras para a melhoria do processo. (AU)