Estudo de catalisadores metálicos suportados em argilas naturais pilarizadas para a produção de metanol e dimetil éter a partir das reações de hidrogenação do CO e CO2

Autor(es)

Francielle Candian Firmino Marcos

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: São Carlos.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Instituto de Química de São Carlos (IQSC/BT)
• Data de defesa: 2016-06-30

Membros da banca

Elisabete Moreira Assaf; Dilson Cardoso; Marco André Fraga; Laudemir Carlos Varanda

• Orientador: Elisabete Moreira Assaf

Resumo

O gás de síntese (Syngas), proveniente do biogás gerado no tratamento anaeróbio de águas residuárias e o CO2 (presente no biogás) surgem como fontes promissoras para a obtenção de produtos de valor agregado nomeados C2-C4, tais como eteno, propileno, butano, metanol e dimetil éter (DME). Neste trabalho, catalisadores de Cu suportados em argila pilarizada foram estudados visando à produção de compostos C2-C4 a partir da hidrogenação do CO e CO2. Da mesma forma, buscou-se otimizar estes catalisadores, tanto para o processo de Fischer-Tropsch quanto para a síntese direta do DME. Primeiramente, foi avaliado o efeito dos agentes pilarizantes Al e Nb para a conversão do metanol em produtos C2-C4. Após a seleção do agente pilarizante, avaliou-se o efeito do teor de cobre (5% e 10% em massa) no catalisador bifuncional de CuZn/V-Al PILC. Finalmente, foi realizada a adição de Ce, Nb, Fe e/ou Co (5% em massa) sobre o catalisador contendo 10% de Cu suportado na argila pilarizada V-Al PILC. As reações de conversão do metanol foram realizadas em temperaturas de 250 ºC - 400 ºC/2h, sob o fluxo de 1,1 mL.h-1. As reações de hidrogenação (CO e CO2) foram realizadas nas temperaturas de 250 ºC e 300 ºC/3h, P= 40 bar e razão de H2/CO=2 e H2/CO2=3. Os catalisadores foram caracterizadas por difração de raios X (DRX) in situ e ex situ, refinamento de Rietveld, fisissorção de N2, análise da composição química (EDX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), redução a temperatura programada (RTP-H2), oxidação do cobre com N2O (TPD-N2O), adsorção de piridina gasosa como molécula modelo para a identificação dos sítios ácidos através do FTIR (FTIR-Py), dessorção de amônia a temperatura programada (DTP- NH3), espectroscopia de absorção de raios X e espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X (XPS). O processo de pilarização somado à impregnação de Cu juntamente com Zn, Ce, Nb, Fe e/ou Co produziu catalisadores com diferentes propriedades estruturais e ácidas, as quais favoreceram as conversões do CO e CO2 para produtos C2-C4. O catalisador bimetálico CuFe/V-Al PILC foi o mais ativo em ambas reações de hidrogenação (CO e CO2) e o mais seletivo para a síntese de DME. Os estudos de caracterização mostraram que a baixa seletividade apresentada para a formação de DME está relacionada com a baixa densidade total de sítios ácidos e com a elevada velocidade espacial experimental. (AU)

• Processo FAPESP: 12/17957-3 - Estudo de catalisadores metálicos suportados em argilas naturais pilarizadas para a produção de dimetil éter a partir de gás de síntese.
• Beneficiário: Francielle Candian Firmino Marcos
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado