Desenvolvimento de catalisadores seletivos para a eletroxidação de glicerol em reformadores eletroquímicos

Abstract

Este trabalho foca na preparação, caracterização e aplicação de eletrocatalisadores para reforma eletroquímica de glicerol visando maximizar o desempenho, a estabilidade e a seletividade da eletroxidação do glicerol. Para isto, a partir dos catalisadores monometálicos, Pt/C, Au/C e Pd/C e se propõe sua modificação mediante a adição de metais auxiliares (Bi, Sb, Ag e/ou Ru). Estes foram preparados por redução química com borohidreto de sódio (NaBH4), resultando em materiais nanoparticulados. Os catalisadores preparados foram caracterizados inicialmente mediante análise termogravimétrica, difração de raios-x e espectroscopia de raios-x. Os estudos eletroquímicos preliminares em célula de vidro de três eletrodos apontaram os catalisadores bimetálicos Pt3Bi/C, PtBi/C, Pd3Bi/C e Au3Ag/C como os catalisadores mais ativos e estáveis. Com base nesses estudos, promoveu-se então a reforma eletroquímica destes catalisadores, a 30°C e 90°C, sendo comparados com os respectivos materiais monometálicos, usados como referência. Percebeu-se que quando são colocados os metais auxiliares aos catalisadores monometálicos, o desempenho eletroquímico é aprimorado, reduzindo-se a demanda de energia para a produção de gás hidrogênio. Avaliou-se a performance em eletrólise de longa duração (24 h) visando uma eventual aplicação prática de máxima conversão do glicerol em produtos de maior valor agregado. Em termos de decaimento de corrente, os materiais de Pd3Bi/C e Au3Ag/C se apresentaram mais estáveis. Já para a seletividade, percebeu-se que a presença de um metal auxiliar altera significativamente a distribuição de produtos da eletroxidação do glicerol. O Bi adicionado a Pt e Pd conduziu a um aumento na seletividade em relação aos carboxilatos C3, onde a maior seletividade foi obtida a 30°C levando a uma maior formação de ácido tartrônico, de até 84%. Quando a temperatura é aumentada, percebe-se a formação de produtos mais oxidados ou até mesmo a quebra da ligação C-C, formando uma maior quantidade de ácido oxálico, fórmico e mesoxálico, mas ainda assim com maior seletividade para o ácido tartrônico. Por outro lado, a Ag quando adicionado a Au, percebe-se uma distribuição de produtos mais complexa, apontando uma maior seletividade para a formação de ácido oxálico e fórmico. Em função dos resultados apresentados, conclui-se que o Bi é o metal auxiliar com efeito promotor mais adequado com um triplo efeito: i) melhora no desempenho, ii) melhora na estabilidade na eletrólise de longa duração, e iii) melhora na seletividade, favorecendose a formação do ácido tartrônico como produto maioritário.