Estudo de catalisadores do tipo Ni-Ga para a síntese de metanol a partir da hidrogenação do CO2 em baixas pressões

Autor(es)

Letícia Fernanda Rasteiro

• 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: 2022-02-15

Membros da banca

Elisabete Moreira Assaf; Marco André Fraga; Mario Cesar Guerreiro; Leandro Martins; Martin Schmal

• Orientador: Elisabete Moreira Assaf

Resumo

Diante do desenvolvimento industrial e do grande crescimento populacional dos últimos anos, a emissão descontrolada de gases de efeito estufa, principalmente do CO2, tem gerado grande preocupação para o meio ambiente e para a vida na Terra. Com isso, políticas de contenção e aproveitamento de CO2 passaram a ser amplamente estudadas, como é o caso de reações onde o CO2 é utilizado para conversão em produtos de valor agregado. Dentre diversas opções de utilização, a hidrogenação do CO2 para produzir metanol tem chamado muita atenção devido ao metanol ser uma importante matéria-prima para a indústria e ter uma demanda crescente no mercado mundial. O uso de catalisadores baseados em Cu são os mais comumente utilizados nesta reação, porém mais recentemente a descoberta de catalisadores do tipo Ni-Ga com boa atividade a pressões baixas chamou a atenção da comunidade científica. Apesar de serem promissores, ainda pouco se sabe a respeito desses catalisadores e de como eles agem na reação. Neste contexto, o presente trabalho tem como objetivo o estudo da liga Ni-Ga, suportada e não-suportada, como catalisador na síntese de metanol através da hidrogenação do CO2 em baixas pressões. A primeira parte do trabalho busca entender o comportamento da liga Ni5Ga3 não-suportada, quais características físico-químicas da liga exercem maior influência sobre a reação e quais intermediários e mecanismos de reação acontecem sobre ela. Nesta etapa, notou-se que o tamanho de partícula exerce uma forte influência sobre a atividade catalítica e que a reação acontece por duas rotas de reação sobre a liga, rWGS e formiato. A segunda parte do trabalho explorou a liga Ni5Ga3 suportada em óxidos básicos, a fim de buscar melhorar a atividade catalítica, já que somente na liga as conversões e seletividade foram baixas. O uso de suportes melhorou a atividade catalítica e a liga suportada em ZrO2 apresentou o melhor resultado. Isto possivelmente se deve as forças de interação entre os intermediários da reação e os reagentes com a interface Ni5Ga3-ZrO2. Na terceira etapa foi estudado o comportamento da liga em suportes inertes mesoporosos de alta área superficial (MCM-41 e SBA-15). Foi observado através de técnicas de análise in situ que a diminuição na densidade de sítios metálicos desfavoreceu a adsorção de CO sobre a superfície e assim obteve-se menor seletividade e conversão para metanol comparado a amostra de referência. A quarta e última parte do trabalho uniu o melhor suporte básico usado na segunda parte com o melhor dentre os suportes mesoporosos de alta área utilizados na terceira parte, preparando novos catalisadores através da técnica de ALD de ZrO2 sobre SBA-15 pura ou já impregnada com Ni5Ga3. Dentre os dois grupos de materiais preparados notou-se que mais ciclos de ALD foram favoráveis para a produção dos intermediários do metanol e que a impregnação de Ni5Ga3 após a ALD de ZrO2 sobre SBA-15 levou a reação a seguir apenas pela rota do formiato, diferente do que aconteceu com o outro grupo, sendo muito desejável para uma alta seletividade para metanol. (AU)

• Processo FAPESP: 17/22671-5 - Nanopartículas de Ga-Ni suportados em sílica porosa para a síntese de metanol a partir do CO2 em baixas pressões
• Beneficiário: Letícia Fernanda Rasteiro
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado