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

Processo: 18/01258-5
Linha de fomento: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
Pesq. 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):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
+ mais bolsas vinculadas 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
19/23205-3 - 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
19/27334-2 - Novos processos catalíticos e fotocatalíticos para conversão direta de metano e CO2 em produtos, BP.TT
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
19/12201-7 - 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
19/10689-2 - Preparação de sistemas de reação para a oxidação seletiva fotocatalítica do metano para metanol, BP.DD
19/06836-0 - Síntese de colóides a base de ligas de AU e desempenho na oxidação catalítica de CH4, BP.IC
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
19/06427-2 - 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 

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)

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(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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DELGADO-ARCANO, YAIME; MANDELLI, DALMO; CARVALHO, WAGNER ALVES; MAGALHAES PONTES, LUIZ ANTONIO. Valorization of Corncob by Hydrolysis-Hydrogenation to Obtain Xylitol Under Mild Conditions. WASTE AND BIOMASS VALORIZATION, v. 12, n. 9, SI, p. 5109-5120, SEP 2021. Citações Web of Science: 0.
ZAPELINI, IAGO WILLIAM; CARDOSO, DILSON. Amine-grafted Na-LTA zeolite precursors as basic catalysts for Knoevenagel condensation. Microporous and Mesoporous Materials, v. 324, SEP 2021. Citações Web of Science: 0.
FERNANDES, LUCIANA SARMENTO; MANDELLI, DALMO; CARVALHO, WAGNER A.; CAYTAN, ELSA; FISCHMEISTER, CEDRIC; BRUNEAU, CHRISTIAN. Cross metathesis of (-)-beta-pinene, (-)-limonene and terpenoids derived from limonene with internal olefins. APPLIED CATALYSIS A-GENERAL, v. 623, AUG 5 2021. Citações Web of Science: 0.
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DE MENDONCA, VAGNER R.; LOPES, OSMANDO F.; AVANSI JR, WALDIR; ARENAL, RAUL; RIBEIRO, CAUE. Insights into formation of anatase TiO2 nanoparticles from peroxo titanium complex degradation under microwave-assisted hydrothermal treatment. CERAMICS INTERNATIONAL, v. 45, n. 17, B, p. 22998-23006, DEC 1 2019. Citações Web of Science: 2.
SINGH, BHAWAN; MANDELLI, DALMO; PESCARMONA, PAOLO P. Efficient and Selective Oxidation of Aromatic Amines to Azoxy Derivatives over Aluminium and Gallium Oxide Catalysts with Nanorod Morphology. CHEMCATCHEM, v. 12, n. 2 OCT 2019. Citações Web of Science: 0.
ROMERO T. BUENO; OSMANDO F. LOPES; KELE T. G. CARVALHO; CAUE RIBEIRO; HENRIQUE A. J. L. MOURÃO. Semicondutores heteroestruturados: uma abordagem sobre os principais desafios para a obtenção e aplicação em processos fotoquímicos ambientais e energéticos. Química Nova, v. 42, n. 6, p. 661-675, Jun. 2019.
OLIVEIRA, JESSICA A.; REIS, MARIANA O.; PIRES, MAIRA S.; RUOTOLO, LUIS A. M.; RAMALHO, TEODORICO C.; OLIVEIRA, CAUE R.; LACERDA, LIVIA C. T.; NOGUEIRA, FRANCISCO G. E. Zn-doped Nb2O5 photocatalysts driven by visible-light: An experimental and theoretical study. Materials Chemistry and Physics, v. 228, p. 160-167, APR 15 2019. Citações Web of Science: 4.

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