O documento discute as emissões de CO2 provenientes da queima de combustíveis fósseis e o uso de catalisadores para aumentar a eficiência da combustão e reduzir as emissões de poluentes. Explica como os catalisadores promovem reações químicas que oxidam CO e hidrocarbonetos em CO2 e reduzem óxidos de nitrogênio. Também discute os desafios no desenvolvimento de catalisadores automotivos, como a sinterização do suporte e o envenenamento por metais pesados.

1. CMAPPING I sharing knowledge to empower people
ACH1023 Química
Ambiental
Paulo Rogério Miranda Correia
Escola de Artes, Ciências e Humanidades I Universidade de São Paulo
Os catalisadores automotivos I 29 de março de 2012

2. CMAPPING I sharing knowledge to empower people
• emissões de CO2 •
 Queima de combustíveis fósseis
 Combustão (reação com o O2) completa
CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l)
• ΔHo = -890,3 KJ/mol (processo exotérmico)
• ΔSo = -243 J/mol (perda de entropia)
• ΔGo = -818 KJ/mol (processo espontâneo)
 Hidrocarbonetos (derivados do petróleo) são combustíveis
 Uso de automóveis: emissão de poluentes na troposfera

3. CMAPPING I sharing knowledge to empower people
• emissões de CO2 •
 CO2: molécula (ligações covalentes)
 Vibração altera momento dipolar (V2 e V3)
 Absorção no infra vermelho

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• efeito estufa •
 Crédito da Imagem

5. CMAPPING I sharing knowledge to empower people
• CO2 não é o problema •
 CETESB e os parâmetros de qualidade do ar
• CO: combustão incompleta
• NO2: impurezas no combustível
• SO2: impurezas no combustível
 Combustão catalítica

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• catalisadores •
 Aumentam a rapidez das reações químicas
• caminho alternativo para a reação
• complexo ativado menos energético
• menor energia de ativação

7. CMAPPING I sharing knowledge to empower people
• processos de oxidação e redução •
 Oxidação de CO e hidrocarbonetos (HC)
2CO(g) + O2(g) → 2CO2(g)
Hidrocarbonetos + O2(g) → CO2(g) + H2O(l)
 Redução de óxidos de nitrogênio (NOx)
2NO(g) + 2CO(g) → N2(g) + 2CO2(g)
2NO(g) + 2H2(g) → N2(g) + 2H2O(g)
Hidrocarbonetos + NO → N2(g) + H2O(g) + 2CO2(g)
 Avaliação termodinâmica
• Processos espontâneos na temperatura de exaustão (770K)

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• candidatos a catalisador •
 Metais nobres são mais eficientes (custo)

9. CMAPPING I sharing knowledge to empower people
• eficiência do catalisador •
 Avanço científico-tecnológico na área de catálise é evidente

10. CMAPPING I sharing knowledge to empower people
• o catalisador •
 Colméias: 2MgO.2Al2O3.5SiO2 (cordierita)
 Suporte do catalisador: γAl2O3 (alta porosidade)
 Catalisadores: Pd, Pt, Rh (principal)

11. CMAPPING I sharing knowledge to empower people
• o catalisador: desafios •
 Sinterização do suporte (altas temperaturas)
γ-Al2O3 (alta porosidade) → α-Al2O3 (baixa porosidade)
 Catalisadores ficam ocluídos (perda de eficiência)

12. CMAPPING I sharing knowledge to empower people
• o catalisador: desafios •
 Estreita faixa ótima de conversão catalítica
 Sensor de O2 antes do leito catalítico
 Estabilizar mistura gasosa
• óxido de cério (CeO2)

13. CMAPPING I sharing knowledge to empower people
• o catalisador: desafios •
 Envenenamento por metais pesados (chumbo, Pb): formação
de ligas metálicas
•Pb + Pt → Pb-Pt (900oC, presença de ar)
•Pb + Pd → Pb-Pd (900oC, presença de ar)
 Chumbo tetraetila: aditivo para gasolina