Comportamento redox de transportadores de oxigênio do sistema Fe2O3/ZrO2 em ciclos térmicos para possível aplicação em CLC
dc.contributor.advisor | Melo, Dulce Maria de Araújo | |
dc.contributor.advisorLattes | http://lattes.cnpq.br/3318871716111536 | pt_BR |
dc.contributor.author | Carvalho, Rafael Rabelo de | |
dc.contributor.authorLattes | http://lattes.cnpq.br/3185324112074225 | pt_BR |
dc.contributor.referees1 | Medeiros, Rodolfo Luiz Bezerra de Araújo | |
dc.contributor.referees1Lattes | http://lattes.cnpq.br/7274621195761563 | pt_BR |
dc.contributor.referees2 | Oliveira, Rosane Maria Pessoa Betanio | |
dc.contributor.referees2Lattes | http://lattes.cnpq.br/6954460873403904 | pt_BR |
dc.date.accessioned | 2022-04-04T23:13:38Z | |
dc.date.available | 2022-04-04T23:13:38Z | |
dc.date.issued | 2021-12-07 | |
dc.description.abstract | Chemical Looping Combustion (CLC) is a technique that has been utilized as an energetically efficient method for CO2 capture and storage by the combustion of gaseous fuels. This technique involves the use of an oxygen carrier that transfers the oxygen obtained from air to the fuel, without direct contact between them. The oxygen carrier is a metal oxide (in example of Fe, Cu, Mn, Ni or Co) that acts as an active phase and is generally supported by an inert phase (in example Al2O3, TiO2, ZrO2). Recent works on the literature indicate that the primary mechanism of charge mobility in a ceramic lattice, and consequently transport of oxygen, during combustion, is more related to ionic diffusivity on the material rather than intraparticle gaseous diffusion. Considering that it’s well known that stabilized zirconias have a high degree of oxygen vacancy, which leads to high charge mobility, and that there are very few studies in the literature about the Fe2O3/ZrO2 system with stabilized ZrO2, the present work aims to present the preparation of oxygen carriers in this system, their characterization and application in oxidation-reduction thermal cycles. The preparation of oxygen carriers was done using the incipient wetness impregnation method, with samples varying from 20%, 35% to 50%mol Fe, followed by high energy ball milling for zirconia stabilization. In some samples, almost all the iron was incorporated into the zirconia structure. The samples were analyzed using XRF, XRD, SEM-FEG, TGA and Mossbauer Spectroscopy. For the thermal cycles at 900ºC, synthetic air was used as oxidating gas, a mixture of 15%CH4/20%H2O/N2 was used as reducing gas and N2 as a flush gas between the oxidation-reduction steps. The results were satisfactory for use in CLC systems, with oxygen transport capacities reaching values as high as about 200%, indicating multiple reductions of the active phase. | pt_BR |
dc.description.resumo | A Combustão com Recirculação Química (Chemical Looping Combustion – CLC) é uma tecnologia que tem sido utilizada como um método energeticamente eficiente para captura de gás CO2 pela combustão de combustíveis gasosos. Essa tecnologia envolve o uso de um transportador de oxigênio que transfere oxigênio obtido do ar ao combustível sem que haja um contato direto entre eles. O transportador de oxigênio é um óxido metálico (ex: de Fe, Cu, Mn, Ni ou Co) que age como fase ativa e que é geralmente suportado por uma fase inerte (ex: Al2O3, TiO2, ZrO2). Trabalhos recentes na literatura indicam que o mecanismo primário na movimentação de cargas numa estrutura cerâmica, e consequentemente de oxigênio, durante a combustão, está mais relacionada à difusividade iônica do material do que em relação à difusividade gasosa intraparticular. Considerando que já é bem estabelecido que as zircônias estabilizadas possuem um alto grau de vacâncias de oxigênio, o que leva a uma alta mobilidade de cargas, e que há poucos estudos disponíveis na literatura acerca do sistema Fe2O3/ZrO2 com ZrO2 estabilizada, o presente trabalho visa apresentar a preparação de transportadores nesse sistema, caracterização e aplicação em ciclos térmicos de oxidação e redução. A preparação dos transportadores foi feita pelo método da impregnação por umidade incipiente, com amostras com 20%, 35% e 50%mol de Fe, seguida de moagem de alta energia em moinho de bolas para estabilização da zircônia. Em algumas amostras quase todo o Fe impregnado conseguiu entrar na estrutura da zircônia. As amostras foram caracterizadas pelas técnicas de FRX, DRX, MEVFEG, TGA e Espectroscopia Mossbauer. Para os ciclos térmicos a 900ºC, foram utilizados ar sintético como gás oxidante e uma mistura de 15%CH4/20%H2O/N2 como gás redutor, utilizando N2 como gás de purga entre etapas de oxidação e redução. Os resultados se mostraram satisfatórios para uso em CLC, com capacidades de transporte de oxigênio chegando a valores de até 200%, indicando múltiplas reduções da fase ativa. | pt_BR |
dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES | pt_BR |
dc.identifier.citation | CARVALHO, Rafael Rabelo de. Comportamento redox de transportadores de oxigênio do sistema Fe2O3/ZrO2 em ciclos térmicos para possível aplicação em CLC. 2021. 69f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2021. | pt_BR |
dc.identifier.uri | https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/46789 | |
dc.language | pt_BR | pt_BR |
dc.publisher | Universidade Federal do Rio Grande do Norte | pt_BR |
dc.publisher.country | Brasil | pt_BR |
dc.publisher.initials | UFRN | pt_BR |
dc.publisher.program | PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS | pt_BR |
dc.rights | Acesso Aberto | pt_BR |
dc.subject | Zircônia estabilizada | pt_BR |
dc.subject | Fe2O3/ZrO2 | pt_BR |
dc.subject | Moagem de alta energia | pt_BR |
dc.subject | Recirculação química | pt_BR |
dc.subject | Ciclos térmicos | pt_BR |
dc.title | Comportamento redox de transportadores de oxigênio do sistema Fe2O3/ZrO2 em ciclos térmicos para possível aplicação em CLC | pt_BR |
dc.title.alternative | Redox behavior of Fe2O3/ZrO2 oxygen carriers on thermal cycles for possible CLC application | pt_BR |
dc.type | masterThesis | pt_BR |
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