Estudos teóricos de Cu, Fe-zeolitas, para conversão direta de metano a produtos

• Processo: 22/05343-2
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de julho de 2022
• Data de Término da vigência: 31 de outubro de 2024
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Química - Processos Industriais de Engenharia Química
• Pesquisador responsável: José Maria Correa Bueno
• Beneficiário: Ana Cristina Mora Tello
• Instituição Sede: Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia (CCET). Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR). São Carlos , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 18/01258-5 - Novos processos catalíticos e fotocatalíticos para a conversão direta de metano e CO2 em produtos, AP.TEM
• Assunto(s): Catálise Fotocatálise Metano Cobre Ferro Zeolitas
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: catálise | Cu-zeolitas | Fe-zeolitas | Metano | Catalise e fotocatálise

Resumo

Avanços recentes na descrição teórica do processo catalítico relativo à oxidação parcial do metano ao metanol a baixas temperaturas foram alcançados. A questão mais promissora em relação ao processo catalítico foi obtida utilizando zeólito contendo cobre. É possível descrever a estrutura estendida dos zeólitos com cálculos da DFT (teoria funcional da densidade) implementados nos seguintes códigos: TURBOMOLE, GAUSSIAN, VASP, MOLPRO, etc. Entretanto, um estudo molecular detalhado do processo catalítico implica em considerar sistemas reduzidos a fim de obter descrições quânticas precisas.A maior dificuldade teórica para estudar estes sistemas está associada à varias possibilidades de iniciar o processo microscópico. Entretanto, o estudo pode se tornar viável se os estudos teóricos puderem ser acoplados a dados experimentais. Os modelos promissores devem ser inspirados nos resultados experimentais. Os possíveis ataques iniciais de metano ao zeólito de cobre (por exemplo, mordenita) e as possíveis reações subseqüentes podem ser inferidas por estudos teóricos microscópicos. Estes estudos teóricos microscópicos finais podem dar uma descrição mais precisa do que os resultados experimentais. A complementaridade entre os estudos teóricos e experimentais é o núcleo deste sinergismo. Essencialmente o caminho teórico de reação será obtido escolhendo diferentes ataques iniciais de metano e encontrando todos os estados de transição energeticamente possíveis com os átomos da vizinhança. Os estados de transição menos enérgicos serão os mais prováveis. O passo subsequente dependerá da reorganização desses estados de transição. Ou seja, é necessário simular todos os caminhos de reação completos a fim de decidir os caminhos mais importantes. A adição de agente oxidante deve ser incorporada à trajetória de reação sucessiva. O ataque deste agente deve ser acoplado à vizinhança do metano (ligado à estrutura zeólita) por novos estados de transição. O método mais importante a ser utilizado é o DFT, a fim de encontrar resultados úteis. Se necessário, resultados mais precisos podem ser obtidos por métodos correlatos ab-initio. Entretanto, todo o sistema precisa ser reduzido para dar resultados viáveis compatíveis com os recursos computacionais atuais. Em relação aos estudos microcinéticos, é necessário concluir primeiramente o modelo e os cálculos quânticos discutidos acima para obter a mecânica completa das possíveis reações. Vários tipos de métodos podem ser utilizados, por exemplo, procedimentos analíticos (quando possível) e determinísticos e numéricos estocásticos. Várias questões técnicas devem ser resolvidas. Entretanto, não é impeditivo para o sucesso do projeto teórico. O aspecto mais importante é fazer conexões apropriadas entre as pesquisas teóricas e experimentais. (AU)