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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):20/00691-7 - 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
+ mais bolsas vinculadas 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 

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)

Matéria(s) publicada(s) na Agência FAPESP sobre o auxílio:
Projeto Temático oferece quatro vagas de pós-doutorado em catálise heterogênea  
Pós-doutorado em catálise com bolsas da FAPESP 
Pós-doutorado em Processos Catalíticos para Obtenção de Combustíveis com bolsa da FAPESP 
Bolsa de PD em catálise heterogênea para obtenção de metanol 

Publicações científicas (18)
(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)
VIOTO, GABRIEL C. N.; PERFECTO, TARCISIO M.; ZITO, CECILIA A.; VOLANTI, DIOGO P. Enhancement of 2-butanone sensing properties of SiO2@CoO core-shell structures. CERAMICS INTERNATIONAL, v. 46, n. 14, p. 22692-22698, OCT 1 2020. Citações Web of Science: 0.
RIBEIRO, LUCAS S.; PINATTI, IVO M.; TORRES, JULIANA A.; GIROTO, AMANDA S.; LESSE, FABIANA; LONGO, ELSON; RIBEIRO, CAUE; NOGUEIRA, ANDRE E. Rapid microwave-assisted hydrothermal synthesis of CuBi2O4 and its application for the artificial photosynthesis. Materials Letters, v. 275, SEP 15 2020. Citações Web of Science: 0.
NOGUEIRA, ANDRE E.; SILVA, GELSON T. S. T.; OLIVEIRA, JESSICA A.; LOPES, OSMANDO F.; TORRES, JULIANA A.; CARMO, MARCELO; RIBEIRO, CAUE. CuO Decoration Controls Nb2O5 Photocatalyst Selectivity in CO2 Reduction. ACS APPLIED ENERGY MATERIALS, v. 3, n. 8, p. 7629-7636, AUG 24 2020. Citações Web of Science: 0.
VIEIRA, LUIZ H.; LOPEZ-CASTILLO, ALEJANDRO; JONES, CHRISTOPHER W.; MARTINS, LEANDRO. Exploring the multifunctionality and accessibility of vanadosilicates to produce acrylic acid in one-pot glycerol oxydehydration. APPLIED CATALYSIS A-GENERAL, v. 602, JUL 25 2020. Citações Web of Science: 0.
ZITO, CECILIA A.; PERFECTO, TARCISIO M.; DIPPEL, ANN-CHRISTIN; VOLANTI, DIOGO P.; KOZIEJ, DOROTA. Low-Temperature Carbon Dioxide Gas Sensor Based on Yolk-Shell Ceria Nanospheres. ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES, v. 12, n. 15, p. 17757-17763, APR 15 2020. Citações Web of Science: 0.
NOGUEIRA, ANDRE E.; DA SILVA, GELSON T. S. T.; OLIVEIRA, JESSICA A.; TORRES, JULIANA A.; DA SILVA, MITCHELL G. S.; CARMO, MARCELO; RIBEIRO, CAUE. Unveiling CuO role in CO2 photoreduction process - Catalyst or reactant?. Catalysis Communications, v. 137, APR 5 2020. Citações Web of Science: 0.
FERREIRA, MEIRIELE ANTUNES; DA SILVA, GELSON T. S. T.; LOPES, OSMANDO F.; MASTELARO, VALMOR R.; RIBEIRO, CAUE; PIRES, MANOEL J. M.; MALAGUTTI, ANDREA R.; AVANSI JR, WALDIR; MOURAO, HENRIQUE A. J. L. Fabrication of SrTiO3/g-C3N4 heterostructures for visible light-induced photocatalysis. MATERIALS SCIENCE IN SEMICONDUCTOR PROCESSING, v. 108, MAR 15 2020. Citações Web of Science: 0.
PUPPIN, LARA G.; KHALID, MOHD; DA SILVA, GELSON T. T.; RIBEIR, CAUE O; VARELA, HAMILTON; LOPES, OSMANDO F. Electrochemical reduction of CO2 to formic acid on Bi2O2CO3/carbon fiber electrodes. Journal of Materials Research, v. 35, n. 3, p. 272-280, FEB 14 2020. Citações Web of Science: 0.
FERNANDES, LUCIANA SARMENTO; MANDELLI, DALMO; CARVALHO, WAGNER A.; FISCHMEISTER, CEDRIC; BRUNEAU, CHRISTIAN. Functionalization of (-)-beta-pinene and (-)-limonene via cross metathesis with symmetrical internal olefins. Catalysis Communications, v. 135, FEB 2020. Citações Web of Science: 1.
LUIZON FILHO, ROBERTO A.; POSSATO, LUIZ G.; SANTISTEBAN, OSCAR A. N.; DE VASCONCELLOS, ADRIANO; DA SILVA, DANILO A.; LIMA, MARCELO F.; MARTINS, LEANDRO; NERY, JOSE G. Synthesis and characterization of chromium silicate catalyst and its application in the gas phase glycerol transformation into acetaldehyde. Inorganic Chemistry Communications, v. 112, FEB 2020. Citações Web of Science: 0.
SILVA, LAURA LORENA; CARDOSO, DILSON; SIEVERS, CARSTEN; MARTINS, LEANDRO. Evolution of Structure and Active Sites during the Synthesis of ZSM-5: From Amorphous to Fully Grown Structure. Journal of Physical Chemistry C, v. 124, n. 4, p. 2439-2449, JAN 30 2020. Citações Web of Science: 0.
VIEIRA, LUIZ H.; POSSATO, LUIZ G.; CHAVES, THIAGO F.; LEE, JASON J.; SULMONETTI, TAYLOR P.; JONES, CHRISTOPHER W.; MARTINS, LEANDRO. Insights into Redox Dynamics of Vanadium Species Impregnated in Layered Siliceous Zeolitic Structures during Methanol Oxidation Reactions. CHEMCATCHEM, v. 12, n. 1, p. 141-151, JAN 8 2020. Citações Web of Science: 0.
FINGER, PEDRO H.; OSMARI, TAYNARA A.; COSTA, MATHEUS S.; BUENO, JOSE MARIA C.; GALLO, JEAN MARCEL R. The role of the interface between Cu and metal oxides in the ethanol dehydrogenation. APPLIED CATALYSIS A-GENERAL, v. 589, JAN 5 2020. Citações Web of Science: 3.
RODRIGUES FIUZA, TANNA ELYN; ZANCHET, DANIELA. Supported AuCu Alloy Nanoparticles for the Preferential Oxidation of CO (CO-PROX). ACS APPLIED NANO MATERIALS, v. 3, n. 1, p. 923-934, JAN 2020. Citações Web of Science: 0.
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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