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Estudos Teóricos de Captura de CO2 em Gás Atmosférico por Nanopartículas Porosas

Texto completo
Autor(es):
Alexsander Carvalho Vendite
Número total de Autores: 1
Tipo de documento: Dissertação de Mestrado
Imprenta: São Paulo.
Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Instituto de Física (IF/SBI)
Data de defesa:
Membros da banca:
Kaline Rabelo Coutinho; Gustavo Roque da Silva Assi; Thereza Amélia Soares da Silva
Orientador: Kaline Rabelo Coutinho
Resumo

Aquecimento global é uma enorme ameaça para a vida na Terra e requer extensos esforços para ser abrandado. Este emerge principalmente do intensificamento do efeito estufa, cuja maior contribuição é atribuída ao CO2 atmosférico. Múltiplos procedimentos precisam ser combinados para aliviar o impacto do aquecimento global, como redução de emissões, desenvolvimento de tecnologias amigáveis com a natureza e captura de carbono atmosférico. O estudo teórico desta última é o objetivo do trabalho. Em especial, quando feita pela MOF chamada ZIF-8 em gases de CO2, H2O, N2, O2 e Ar sob condições atmosféricas. A ZIF-8 foi construída como uma nanopartícula para avaliar o impacto de sua superfície na captura de gases em proporção com a região interna. Os grupos superficiais foram representados como átomo de Zn insaturado, 2-metilimidazol ou 2-metilimidazol desprotonado. Estas opções implicam em diferentes valores de carga para a nanopartícula de ZIF-8 como um todo. O estudo foi profundamente estruturado em simulações moleculares, como Monte Carlo Metropolis Clássico, Dinâmica Molecular Clássica e Dinâmica Molecular de Born-Oppenheimer. Inicialmente, a parametrização dos campos de força clássicos, com subsequente validação, foram conduzidas por meio de cálculos de estrutura eletrônica. Em seguida, O2 e Ar demonstraram interação desprezível com a ZIF-8. Ao considerar gases puros com a ZIF-8, a absorção foi possível apenas com CO2, enquanto que a adsorção foi dominada por H2O, seguida por CO2, em ordem de magnitude energética. Na competição explícita entre os gases, a absorção de CO2 foi fortemente reduzida quando H2O ou N2 foram simulados conjuntamente. A adsorção de CO2 foi apenas levemente afetada pela presença de N2, enquanto que ela foi inibida quando H2O estava disponível. Além disso, a captação e a seletividade por CO2 foram aumentadas sob menores temperaturas ou maiores pressões. A nanopartícula de ZIF-8 com maior número de átomos de Zn superficiais destacou-se na capacidade de captura de CO2. Apesar de esta ser a nanopartícula de maior carga, incrementos de carga feitos adicionando prótons nos sítios superficiais não demonstraram nenhum efeito na captura de CO2. A efetividade das nanopartículas de ZIF-8 na captura de CO2 decaiu conforme seu tamanho aumentava. De outra perspectiva, CO2 absorvido foi compactado pela ZIF-8 de forma similar à CO2 em fase líquida de baixa densidade. Além disso, CO2 adsorvido estruturou-se em uma rede semelhante à CO2 em estado sólido. Estas observações ressaltam a importância da superfície de ZIF-8 na captura de CO2 e seu potencial de armazenar CO2 compactado. Juntamente com os resultados específicos sobre captura de gases pela ZIF-8, o trabalho atual também buscou estabelecer diretrizes no tratamento de superfícies de MOFs. (AU)

Processo FAPESP: 19/08465-9 - Estudos teóricos de captura de CO2 em gás atmosférico por nanopartículas porosas
Beneficiário:Alexsander Carvalho Vendite
Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado