Produção fotocatalítica de hidrogênio a partir de soluções de etanol em água

Abstract

O presente trabalho tem o objetivo de investigar a obtenção de hidrogênio a partir de soluções de etanol em água, por fotocatálise, usando-se catalisadores a base de óxido de zinco (ZnO). Nestes estudos foram empregados cinco catalisadores ZnO, sendo um comercial e os demais preparados através de diferentes metodologias encontradas na literatura. Os catalisadores foram caracterizados por área BET, DRX e FRX, e a investigação preliminar da atividade destes catalisadores foi feita através de ensaios de degradação fotocatalítica de rodamina B em reator slurry em batelada, onde foram avaliadas a taxa de reação e a remoção de corante. Os ensaios para a produção fotocatalítica de hidrogênio foram realizados em um reator de quartzo, operado em batelada com catalisador em suspensão e atmosfera inerte de nitrogênio. A solução foi irradiada por uma série de seis lâmpadas compactas de luz negra. Ao longo dos testes, amostras das fases líquida e gasosa foram coletadas e analisadas para identificação do consumo de etanol e produção de hidrogênio usando-se, respectivamente, Carbono Orgânico Total (TOC) e Cromatografia Gasosa (GC). Resultados preliminares mostraram que os catalisadores ZnO comercial e sintetizado (ZnO Merck e ZnO-B) apresentam atividade fotocatalítica e desempenho similares aos do TiO2 para a degradação da rodamina B. Contudo, estes mesmos catalisadores mostraram-se pouco ativos para a produção fotocatalítica de hidrogênio, com desempenho bastante inferior ao do TiO2 nas mesmas condições. Foi possível observar que o maior rendimento em hidrogênio ocorre para baixas concentrações de catalisador (0,05 gL[elevado a potência menos]1) e elevadas concentrações de etanol, sendo pouco dependente do pH.

This work aims to investigate the hydrogen production from ethanol-water solutions through photocatalysis, using zinc oxide catalysts (ZnO). Five ZnO catalysts were employed in this work; one was a commercial catalyst, while the others were prepared according to different methodologies reported in the literature. The catalysts were characterized by BET, XRD and XRF, and the preliminary investigation of their activity was done by photocatalytic degradation of rhodamine B, through the evaluation of the reaction rate and dye removal. Tests for photocatalytic hydrogen production were carried out in a quartz slurry batch reactor under nitrogen, irradiated by a set of six compact UV light bulbs. During the tests, gas and liquid samples were collected and analyzed in order to identify the consumption of ethanol and hydrogen production using, respectively, Total Organic Carbon (TOC) and Gas Chromatograph (GC). Preliminary results showed that the synthesized and commercial ZnO catalysts (ZnO-B and ZnO Merck) present photocatalytic activity and performance similar to TiO2 for the rhodamine B degradation. However, the ZnO catalysts presented lower performance when compared with TiO2 for hydrogen production, under the same conditions. It was observed that the highest hydrogen yield occurs for low concentrations of catalyst (0.05 gL1) and high concentrations of ethanol, being less dependent on pH.