Estudos teóricos de captura de CO2 em gás atmosférico por nanopartículas porosas

• Processo: 19/08465-9
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado
• Data de Início da vigência: 01 de julho de 2019
• Data de Término da vigência: 31 de dezembro de 2020
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física Atômica e Molecular
• Pesquisador responsável: Kaline Rabelo Coutinho
• Beneficiário: Alexsander Carvalho Vendite
• Instituição Sede: Instituto de Física (IF). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Empresa: Universidade de São Paulo (USP). Instituto de Química de São Carlos (IQSC)
• Vinculado ao auxílio: 17/11631-2 - CINE: desenvolvimento computacional de materiais utilizando simulações atomísticas, meso-escala, multi-física e inteligência artificial para aplicações energéticas, AP.PCPE
• Assunto(s): Materiais nanoestruturados Método de Monte Carlo Estrutura eletrônica Simulação por computador Dióxido de carbono Efeito estufa Remoção de contaminantes
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Captura de CO2 | Estrutura eletrônica | Método Monte Carlo | Nanomateriais | Simulação Computacional | Interações Moleculares

Resumo

O intenso desenvolvimento industrial provocou a liberação de enormes quantidades de dióxido de carbono (CO2) na atmosfera, em especial nas áreas urbanizadas. Este gás contribui significativamente para o efeito estufa, portanto sua participação na composição da atmosfera deve ser limitada. Assim, é de grande interesse ambiental a possibilidade de remover parte do CO2 atmosférico em áreas poluídas. Adicionalmente, este gás pode ser usado em outros processos para gerar energia. Uma condição importante para realizar a captura é sob pressão atmosférica, logo são necessárias características específicas no material capaz de exercer tal papel, como afinidade química e porosidade. A classe de materiais Metal-Organic Frameworks (MOFs) possui incontável variedade de estruturas, incluindo aquelas importantes para a captura de CO2. Existem dados experimentais que mostram a capacidade de captura de CO2 por MOF zinco-metilimidazolato framework-8 (ZIF-8) na literatura. Contudo, os estudos por meio de simulações com mecânica molecular não avaliam o efeito da superfície da ZIF-8 na captura. Portanto, este projeto visa estudar o potencial de captura de CO2 pela ZIF-8 com destaque na composição e distribuição de cargas dos átomos na superfície. A captura será considerada sob pressão atmosférica, variando as condições da superfície da ZIF-8, a temperatura e a umidade do gás. Além de avaliar a interação com outros gases abundantes na atmosfera, N2, O2, H2O e Ar. Para fazê-lo serão utilizadas (i) simulações moleculares clássicas pelo método de Monte Carlo, (ii) dinâmica de primeiros princípios, pela Dinâmica de Born-Oppenheimer (BOMD), e (iii) cálculos quânticos pelo método de Teoria de Funcionais de Densidade (DFT). Comparando os resultados entre todas as abordagens e os dados experimentais disponíveis na literatura será possível avaliar o método empregado. Adicionalmente, minuciosas análises serão realizadas para entender as interações e estruturação das moléculas de CO2 capturadas na ZIF-8. (AU)

Publicações científicas

(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)

VENDITE, ALEXSANDER C.; SOARES, THEREZA A. .; COUTINHO, KALINE. The Effect of Surface Composition on the Selective Capture of Atmospheric CO2 by ZIF Nanoparticles: The Case of ZIF-8. JOURNAL OF CHEMICAL INFORMATION AND MODELING, v. 62, n. 24, p. 14-pg., 2022-09-23. (21/09016-3, 19/08465-9, 21/04283-3, 17/11631-2)

Publicações acadêmicas

(Referências obtidas automaticamente das Instituições de Ensino e Pesquisa do Estado de São Paulo)

VENDITE, Alexsander Carvalho. Estudos Teóricos de Captura de CO2 em Gás Atmosférico por Nanopartículas Porosas. 2021. Dissertação de Mestrado - Universidade de São Paulo (USP). Instituto de Física (IF/SBI) São Paulo.