TCC - Engenharia de Materiais

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ILATIT - Centro de Tecnologia e Infraestrutura - Bacharelado em Engenharia de Materiais

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Navegando TCC - Engenharia de Materiais por Assunto "catalisadores"

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    Estudo do uso da erva-mate pós-consumo como catalisador livre de metal na geração de hidrogênio a partir da metanólise do borohidreto de sódio
    (2025) Benitez, Vicente Dario Vera
    Nos últimos anos, a demanda por fontes de energia limpas e sustentáveis ​​cresceu significativamente, impulsionada por desafios relacionados às mudanças climáticas e à escassez de combustíveis fósseis. Nesse contexto, o hidrogênio (H₂) surge como um vetor energético promissor devido à sua alta densidade energética e potencial para reduzir impactos ambientais. Neste estudo, a erva-mate (Ilex paraguariensis) pós-consumo é usada como um catalisador livre de metais para geração de hidrogênio com base na metanólise do borohidreto de sódio. O objetivo é otimizar as condições de síntese do catalisador livre de metais para melhorar a eficiência da reação de produção de hidrogênio. Para isso, a erva-mate foi pré-tratada com diferentes ácidos, como, ácido fosfórico, ácido sulfúrico e ácido cítrico. Com base no melhor desempenho, o ácido fosfórico foi selecionado e avaliado em relação à concentração ácida no pré-tratamento (30%, 40%, 50%, 60% e 100% m/m). Diferentes temperaturas (200, 300 e 400 °C) e tempos de tratamento térmico (30, 45, 60 e 90 minutos) também foram testados para otimizar o catalisador. As amostras preparadas foram caracterizadas por FTIR, DRX e MEV. Neste estudo, o volume de hidrogênio gerado foi medido usando o método de deslocamento de água. Além disso, os parâmetros de reação, como, concentração de NaBH₄ (0,1 g, 0,25 g, 0,50 g e 0,75 g), quantidade de catalisador (0,05 g, 0,1 g, 0,15 g e 0,25 g) e temperatura de reação (40, 50, 60, 70 e 80 °C) foram avaliados. Os resultados revelam que a erva-mate pós-consumo tratada com 100% de H₃PO₄ a 300 °C por 60 minutos produziu o melhor desempenho catalítico. As melhores condições reacionais foram 0,25 g de catalisador, 10 mL de metanol e 0,75 g de borohidreto de sódio a uma temperatura de 80 ºC. A produção de hidrogênio resultou em um volume de 2000 mL em um tempo de 5 minutos. A reutilização do catalisador mostrou uma diminuição gradual na produção de hidrogênio a cada ciclo, atingindo cerca de 70% do desempenho inicial após quatro ciclos. A energia de ativação, entalpia e entropia do processo foram determinadas como 17,39 kJ/mol, 14,63 kJ/mol e -159,3 J/(mol·K), respectivamente. Este estudo destaca o potencial promissor da erva-mate pós-consumo como um catalisador eficiente e sustentável para a produção de hidrogênio, contribuindo para uma transição energética mais limpa e sustentável. Resumen En los últimos años, la demanda por fuentes de energía limpias y sostenibles ha crecido significativamente, impulsada por los desafíos relacionados con el cambio climático y la escasez de combustibles fósiles. En este contexto, el hidrógeno (H₂) surge como un vector energético prometedor debido a su alta densidad energética y su potencial para reducir los impactos ambientales. En este estudio se utilizó la yerba mate (Ilex paraguariensis) post-consumo como catalizador libre de metales para la generación de hidrógeno basado en la metanólisis del borohidruro de sodio. El objetivo es optimizar las condiciones de síntesis del catalizador libre de metales para mejorar la eficiencia de la reacción de producción de hidrógeno. Para ello, la yerba mate fue pre-tratada con diferentes ácidos, como, ácido fosfórico, ácido sulfúrico y ácido cítrico. Con base en el mejor desempeño, el ácido fosfórico fue seleccionado y evaluado en relación con la concentración ácida en el pre-tratamiento con (30%, 40%, 50%, 60% y 100% p/p). También se probaron diferentes temperaturas (200, 300 y 400 °C) y tiempos de tratamiento térmico (30, 45, 60 y 90 min) para optimizar el catalizador. Las muestras preparadas se caracterizaron mediante FTIR, XRD y SEM. En este estudio, se midió el volumen de hidrógeno generado utilizando el método de desplazamiento de agua. Además, se evaluaron los parámetros de reacción como la concentración de NaBH₄ (0,1 g, 0,25 g, 0,50 g y 0,75 g), la cantidad de catalizador (0,05 g, 0,1 g, 0,15 g y 0,25 g) y la temperatura de reacción (40, 50, 60, 70 y 80 °C). Los resultados revelaron que la yerba mate post-consumo tratada con 100% H₃PO₄ a 300 °C durante 60 minutos produjo el mejor desempeño catalítico. Las mejores condiciones de reacción fueron 0,25 g de catalizador, 10 mL de metanol y 0,75 g de borohidruro de sodio a una temperatura de 80 ºC. La producción de hidrógeno dio como resultado un volumen de 2000 mL en un tiempo de 5 minutos. La reutilización del catalizador mostró una disminución gradual en la producción de hidrógeno en cada ciclo, alcanzando aproximadamente el 70% del rendimiento inicial después de cuatro ciclos. Se determinó que la energía de activación, la entalpía y la entropía del proceso fueron 17,39 kJ/mol, 14,63 kJ/mol y -159,3 J/(mol·K), respectivamente. Este estudio destaca el potencial prometedor de la yerba mate post-consumo como catalizador eficiente y sostenible para la producción de hidrógeno, contribuyendo a una transición energética más limpia y sostenible.