Novos processos catalíticos e fotocatalíticos para a conversão direta de metano e CO2 em produtos

• Processo: 18/01258-5
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Vigência: 01 de novembro de 2018 - 31 de outubro de 2023
• Área do conhecimento: Engenharias - Engenharia Química - Processos Industriais de Engenharia Química
• Pesquisador responsável: José Maria Correa Bueno
• Beneficiário: José Maria Correa Bueno
• Instituição Sede: Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia (CCET). Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR). São Carlos , SP, Brasil
• Pesquisadores principais: Cauê Ribeiro de Oliveira ; Dalmo Mandelli ; Daniela Zanchet ; Leandro Martins
• Pesquisadores associados: Adriana Paula Ferreira Palhares ; Alejandro López Castillo ; Alice Medeiros de Lima ; Cristiane Sanchez Farinas ; Diogo Paschoalini Volanti ; Elaine Cristina Paris ; Ernesto Antonio Urquieta Gonzalez ; Felipe Fernando Furlan ; Janaina Fernandes Gomes ; Jean Marcel Ribeiro Gallo ; Joao Batista Oliveira dos Santos ; José Manoel Marconcini ; Jose Mansur Assaf ; Luiz Henrique Capparelli Mattoso ; Maria Alice Martins ; Patrícia Moreira Lima ; Priscila Destro ; Waldir Avansi Junior
• Auxílios(s) vinculado(s): 19/12486-1 - EMU concedido no processo 2018/01258-5: cromatógrafo a gás, AP.EMU; 19/03226-6 - Uso de métodos computacionais para entendimento da ativação do metano e CO2 na superfície de catalisadores a base de cobre: visita do prof. David Willock para palestra, curso, reunião científica e estabelecimento de colaboração, AV.EXT; 19/00848-6 - Biorefinarias e novos caminhos para o desenvolvimento de processos catalíticos sustentáveis, AV.EXT; + mais auxílios vinculados 19/11507-5 - EMU concedido no Proc 2018/01258-5: cromatógrafo de gás, AP.EMU; 19/09219-1 - EMU concedido no processo 2018/01258-5: sistema reacional de alta pressão, AP.EMU; 19/06436-1 - EMU concedido no projeto 2018/01258-5: termobalança, AP.EMU - menos auxílios vinculados
• Bolsa(s) vinculada(s): 22/12387-6 - Obtenção de zeólitas por combinação de métodos de síntese seca e sementes, BP.IC; 22/09325-9 - Caracterização de óxidos de metais de transição visando aplicações catalíticas, BP.IC; 22/05343-2 - Estudos teóricos de Cu, Fe-zeolitas, para conversão direta de metano a produtos, BP.PD; + mais bolsas vinculadas 21/09394-8 - Modificação da textura de óxidos mistos de Mo-V como catalisadores para reações de oxidação: aplicação na desidrogenação oxidativa do propano a propileno., BP.PD; 22/03824-3 - Síntese de suportes óxidos nanoestruturados a partir métodos coloidais, BP.IC; 21/10885-6 - Catalisadores híbridos de clusters de óxido metálico@MOF: síntese via deposição por camada atômica e aplicação na oxidação catalítica de metano, BP.DD; 21/09775-1 - Novos catalisadores multifuncionais de estruturas metal-orgânicas para oxidação leve de metano a metanol, BP.PD; 20/12986-1 - Design de catalisadores de níquel suportados em nanoestruturas 1D à base de TiO2/Nb2O5, BP.DD; 21/00622-8 - Produção de nanotubos de carbono via decomposição catalítica do metano, BP.IC; 20/08575-6 - Modulação das propriedades eletrônicas da Pt atomicamente dispersa em óxidos visando aplicações catalíticas, BP.DD; 20/15949-0 - Novos processos catalíticos e fotocatalíticos para a conversão direta de metano e CO2 em produtos, BP.TT; 20/09628-6 - Desenvolvimento de nanopartículas semicondutoras heteroestruturadas para conversão de metano por processo fotocatalítico, BP.PD; 20/00691-7 - Catalisadores suportados a base de átomos isolados a nanopartículas: uso de complexos metálicos para produzir uma nova classe de catalisadores para conversão de metano e CO2, BP.PD; 19/21496-0 - Desenvolvimento de sistema fotoeletrocatalítico para conversão de CO2 e CH4 a produtos com valor agregado, BP.PD; 20/05233-7 - Compósitos avançados baseados em óxido de metal semicondutor e estruturas de carbono para detecção de compostos orgânicos voláteis, BP.DD; 20/04021-6 - Novos processos catalíticos e fotocatalíticos para a conversão direta de metano e CO2 em produtos, BP.TT; 19/27334-2 - Novos processos catalíticos e fotocatalíticos para conversão direta de metano e CO2 em produtos, BP.TT; 19/23205-3 - Estudo teórico da cinética complexa de processos catalíticos, BP.DR; 19/27018-3 - Engenharia de poros de catalisadores zeolíticos como estratégia para aprimorar o desempenho e minimizar a desativação por coque em reações do metanol, BP.DD; 19/12345-9 - Sensores de ZnO modificados com Mn3O4 ou In2O3 obtidos pela combinação dos métodos spray ultrassônico e hidrotérmico assistido por micro-ondas, BP.MS; 19/11058-6 - Sensores de gás à base de compósitos de carbono provenientes da reação de decomposição catalítica do metano, BP.PD; 19/17719-4 - Catalisadores híbridos de clusters de óxido metálico@MOF: síntese via deposição por camada atômica e aplicação na oxidação catalítica de metano, BP.DD; 19/10689-2 - Preparação de sistemas de reação para a oxidação seletiva fotocatalítica do metano para metanol, BP.DD; 19/12201-7 - Estruturas de zeólitas selecionadas como suportes para óxidos de metais de transição para conversão seletiva de metano em produtos químicos de valor agregado, BP.PD; 19/13170-8 - Novos catalisadores multifuncionais de estruturas metal-orgânicas para oxidação leve de metano a metanol, BP.PD; 19/09078-9 - Estudo de catalisadores derivados da chabazíta para aplicação em reações de hidrogenação de CO2 a produtos, BP.IC; 19/11800-4 - Síntese de catalisadores de Ni a partir de complexos organometálicos para a reação de bireforma do metano, BP.DD; 19/06836-0 - Síntese de colóides a base de ligas de AU e desempenho na oxidação catalítica de CH4, BP.IC; 19/06427-2 - Novos processos catalíticos para a conversão direta de metano em produtos, BP.TT; 19/02642-6 - Síntese de suportes óxidos nanoestruturados a partir métodos coloidais, BP.IC; 18/26459-3 - Zeólitas trocadas com sítios únicos de CuxOy para a oxidação parcial de metano em metanol: o efeito da estrutura da zeólita e outros óxidos metálicos na atividade de um único sítio, BP.DD; 16/21515-7 - Desenvolvimento de heteroestruturas de óxido de magnésio com ZnO e TiO2 para aplicação em processos de fotossíntese artificial, BP.PD; 15/12304-0 - AVALIAÇÃO DA ATIVIDADE FOTOCATALÍTICA DE HETEROJUNÇÕES g-C3N4/Nb2O5 NO ABATIMENTO DE POLUENTES EM FASE GASOSA, BP.PD - menos bolsas vinculadas
• Assunto(s): Catálise Hidrogenação Metano Metanol Fotocatálise Dióxido de carbono
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Catalysis | CO2 hydrogenation | metanol from methane | Methane | photocatalysis | reforming of methane | Catalise Heterogênea; Fotocatalise

Resumo

Em 20 anos, espera-se atingir a Era de Ouro do Gás Natural, onde o metano desempenhará um papel de liderança como matéria-prima industrial primária. Assim, esta proposta visa desenvolver conhecimentos fundamentais e aplicados para a conversão catalítica de metano por rotas oxidativas bem como a utilização de CO2, um gás do efeito de estufa presente no gás natural (também proveniente da reforma do metano). Propõe-se uma equipe de coordenação e integração entre grupos que atuam em cinco linhas de pesquisa (RL) como: grupo de catálise química (RL-1) e fotocatálise (RL-2), com o objetivo de abordar os desafios significativos na oxidação parcial de CH4 em metanol. RL-1 envolve design, preparação e caracterização de catalisadores heterogêneos estruturados à base de Cu e Fe como SAPOs, ALPOs, MALPOs e MOFs, construção de reatores e testes catalíticos. Na RL-1, os catalisadores mais promissores serão descritos com cálculos DFT para modelagem de sítios ativos de catalisadores e da interação destes com seus reagentes. RL-2 desenvolverá fotocatalisadores baseados em TiO2, g-C3N4, ZnO, BiVO4 e BiWO3. Estes semicondutores serão preparados e modificados buscando uma superfície com propriedades ideais para oxidação parcial do metano e sem mineralização. A atividade catalítica será avaliada que buscando o desenvolvimento de setups experimentais para analisar a capacidade de controle das reações de oxidação em escalas laboratoriais e piloto. Alternativamente, ao metanol, em RL-3, o metano será utilizado como matéria-prima para a produção de materiais à base de carbono. Estes materiais serão preparados por decomposição catalítica do metano usando metais (Fe, Co, Ni) suportados, usando-se reatores de leito fixo e fluizados. Estes materiais serão modificados visando alcançar propriedades adequadas para aplicações em eletroquímica e como sensores de gases. No que se refere à utilização de CO2, RL-4 estudará a bi-reforma do metano, onde uma mistura de CH4 , H2O e CO2 é transformada em gás de síntese (CO + H2). O grande interesse é o desenvolvimento de novos catalisadores a base de Ni, os quais deverão ser altamente resistentes ao acumulo de carbono e a altas temperaturas para o processamento de gás natural com baixa purificação em relação ao CO2 e H2O. As propriedades dos catalisadores a base de Ni serão modificadas através das propriedades eletrônicas, buscando catalisadores capazes da oxidação de espécies C-por OH em baixa temperaturas abaixo da decomposição de C-H em carbono e também desenvolvimento de catalisadores a base de Ni oxido de ferro para oxidação do carbono formado. No que se refere à utilização de CO2, RL-5 terá como foco o processo de hidrogenação de CO2 em metanol. Pretende-se através da síntese de nanoparticulas de Cu decorados com Cu-O-Cu com diferentes tamanhos, composição e grau de cobrimento de oxido, buscar o entendimento estrutural dos catalisadores a base de Cu para se obter alta seletividade para hidrogenação de CO2 a metanol. Análise técnico-econômica e avaliação ambiental também serão aplicadas nos estudos de RL-1, RL-4 e RL-5. (AU)

Publicações científicas

(54)

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

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DE ARAUJO, MARCOS LOPES; CORREIA, GILVAN AGUIAR; CARVALHO, WAGNER ALVES; SHUL'PINA, LIDIA SERGEEVNA; KOZLOV, YURIY NIKITOVICH; SHUL'PINA, GEORGIY BORISOVICH; MANDELLI, DALMO. Transformation of biomass derivatives in aqueous medium: Oxidation of ethanol from sugarcane and acetol from biodiesel glycerol catalyzed by Fe-3(+)- H2O2. MOLECULAR CATALYSIS, v. 500, JAN 2021. (17/24931-4, 18/01258-5)

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