CuOx-RHO aplicados para conversão de metano em metanol
Ano de defesa: | 2022 |
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Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQ
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Resumo: | The direct oxidation of methane (CH4) into higher value-added products, such as methanol, has recently gained tremendous interest. The challenge is an over-oxidation of methanol to CO2 and water due to the difficulty in activating methane through C-H bond breaking. Thus, this research attempted to develop an active Cu-exchange RHO catalyst for a selective methane oxidation-to-methanol reaction. In this study, the RHO zeolite was synthesized by hydrothermal treatment using two different methods with and without an organic template (18-crown-6) compound for zeolite. By using the organic template, it is found that the crystalline Na,Cs-RHO were obtained after 2-day synthesis. The crystallinity of Na,CsRHO increases with synthesis time. In contrast, without an organic template, the crystalline Na,Cs-RHO was formed only after 8-d synthesis. The as-prepared samples were characterized by X-ray diffraction, X-ray fluorescence, and nitrogen physisorption, and were catalytically activity tested at several conditions. Among all Na,Cs-RHO samples prepared in this work, our preliminary results showed that a high crystallinity of Na.Cs-RHO synthesized for 8 days is suitable for preparing Cu-exchanged RHO. However, the highest methanol yield obtained from Cu,Na,Cs-RHO-8d is only about 16 μmol of CH3OH/g of catalyst. This could be possibly due to the presence of strong-interacted Cs ions in RHO’s pore leading to a limitation of active Cu species formed. This work further attempted to eliminate Cs and Na by ion exchanging with NH4+ ions prior to Cu ion exchanging, while the phase transformation of zeolite was observed. Still, more investigations must be carried out to develop the highly active Cu-exchanged RHO. |
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Silva, Amanda Ferreira Santos daBueno, José Maria Corrêahttp://lattes.cnpq.br/0157452280626031Dulnee, Siriwanhttp://lattes.cnpq.br/1526348317210690http://lattes.cnpq.br/02906120676359752022-08-01T13:12:56Z2022-08-01T13:12:56Z2022-05-25SILVA, Amanda Ferreira Santos da. CuOx-RHO aplicados para conversão de metano em metanol. 2022. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2022. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/16439.https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/16439The direct oxidation of methane (CH4) into higher value-added products, such as methanol, has recently gained tremendous interest. The challenge is an over-oxidation of methanol to CO2 and water due to the difficulty in activating methane through C-H bond breaking. Thus, this research attempted to develop an active Cu-exchange RHO catalyst for a selective methane oxidation-to-methanol reaction. In this study, the RHO zeolite was synthesized by hydrothermal treatment using two different methods with and without an organic template (18-crown-6) compound for zeolite. By using the organic template, it is found that the crystalline Na,Cs-RHO were obtained after 2-day synthesis. The crystallinity of Na,CsRHO increases with synthesis time. In contrast, without an organic template, the crystalline Na,Cs-RHO was formed only after 8-d synthesis. The as-prepared samples were characterized by X-ray diffraction, X-ray fluorescence, and nitrogen physisorption, and were catalytically activity tested at several conditions. Among all Na,Cs-RHO samples prepared in this work, our preliminary results showed that a high crystallinity of Na.Cs-RHO synthesized for 8 days is suitable for preparing Cu-exchanged RHO. However, the highest methanol yield obtained from Cu,Na,Cs-RHO-8d is only about 16 μmol of CH3OH/g of catalyst. This could be possibly due to the presence of strong-interacted Cs ions in RHO’s pore leading to a limitation of active Cu species formed. This work further attempted to eliminate Cs and Na by ion exchanging with NH4+ ions prior to Cu ion exchanging, while the phase transformation of zeolite was observed. Still, more investigations must be carried out to develop the highly active Cu-exchanged RHO.A oxidação direta de metano (CH4) em produtos de maior valor agregado, como o metanol, ganhou notório interesse nos últimos tempos. O desafio é que esse processo ocorra com alto rendimento e menor consumo energético, assim tornando-se economicamente viável. Devido à dificuldade na ativação do metano através da quebra da ligações C-H em relação ao metanol, torna se necessário desenvolver novos processos e catalisadores altamente ativos e seletivos à formação de metanol. Sendo assim, as pesquisas têm sido direcionadas para utilizar zeólitas contendo clusters (CuxOy2+ ou CuOH+ ), responsáveis pela oxidação seletiva do metano a metanol. Neste estudo é utilizada a zeólita RHO, possui estrutura cristalina similar as zeólitas faujasítas e chabazita as quais apresentam alta atividade para o processo de oxidação de metano em metanol em processos de três etapas. Assim, este trabalho teve como objetivo a síntese de estrutura RHO, utilizando duas metodologias para síntese e trocas iônicas com Cu2+ como precursor das espécies ativas e aplicadas para oxidação do metano a metanol em processos em três etapas. As amostras são caracterizadas por difração de raios X, análise química fluorescências de raios X, fisissorção de nitrogênio, ensaio catalíticos com metano. Os resultados mostram que a zeólita com estrutura RHO foi obtida, as amostras Cu-RHO apresentam uma atividade máxima de 16 μmol de CH3OH/g de zeólita. A baixa atividade pode estar associada a alta estabilidades das espécies de Cu trocadas e consequentemente levam a uma baixa concentração de espécies ativas em relação a quantidade total de Cu2+ trocado na estrutura RHO. As causas da baixa concentração de espécies ativas, estão sendo identificadas.Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP)2020/044919, Financiadora de Estudos e Projetos(FINEP)porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessMetanoMetanolZeólitaOxidação diretaMethaneMethanolZeoliteDirect oxidationENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICACuOx-RHO aplicados para conversão de metano em metanolCuOx-RHO applied for methane to methanol conversioninfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALDissertação_VF.pdfDissertação_VF.pdfapplication/pdf1091912https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16439/10/Disserta%c3%a7%c3%a3o_VF.pdf4be1aef1ebb00ab73976436f41b03c9dMD510Carta_Comprovante_Versao_Final_MS-DR_assinado.pdfCarta_Comprovante_Versao_Final_MS-DR_assinado.pdfCarta comprovante versão finalapplication/pdf130878https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16439/6/Carta_Comprovante_Versao_Final_MS-DR_assinado.pdf649032cb5e8ab4978d5e5567441ccc82MD56CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16439/11/license_rdfe39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD511TEXTDissertação_VF.pdf.txtDissertação_VF.pdf.txtExtracted texttext/plain97026https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16439/12/Disserta%c3%a7%c3%a3o_VF.pdf.txt97f37549085f53aaf0251ace0532ca6eMD512Carta_Comprovante_Versao_Final_MS-DR_assinado.pdf.txtCarta_Comprovante_Versao_Final_MS-DR_assinado.pdf.txtExtracted texttext/plain1388https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16439/14/Carta_Comprovante_Versao_Final_MS-DR_assinado.pdf.txt05e5dadd0968d60328cf250edc1ca9b6MD514THUMBNAILDissertação_VF.pdf.jpgDissertação_VF.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg7942https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16439/13/Disserta%c3%a7%c3%a3o_VF.pdf.jpgdb68f99846635d600808c53210c44569MD513Carta_Comprovante_Versao_Final_MS-DR_assinado.pdf.jpgCarta_Comprovante_Versao_Final_MS-DR_assinado.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg10602https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16439/15/Carta_Comprovante_Versao_Final_MS-DR_assinado.pdf.jpg6d0d378c17bae924c944f17fe6b2d10dMD515ufscar/164392022-08-02 03:37:25.529oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/16439Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222023-05-25T13:04:08.371876Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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The direct oxidation of methane (CH4) into higher value-added products, such as methanol, has recently gained tremendous interest. The challenge is an over-oxidation of methanol to CO2 and water due to the difficulty in activating methane through C-H bond breaking. Thus, this research attempted to develop an active Cu-exchange RHO catalyst for a selective methane oxidation-to-methanol reaction. In this study, the RHO zeolite was synthesized by hydrothermal treatment using two different methods with and without an organic template (18-crown-6) compound for zeolite. By using the organic template, it is found that the crystalline Na,Cs-RHO were obtained after 2-day synthesis. The crystallinity of Na,CsRHO increases with synthesis time. In contrast, without an organic template, the crystalline Na,Cs-RHO was formed only after 8-d synthesis. The as-prepared samples were characterized by X-ray diffraction, X-ray fluorescence, and nitrogen physisorption, and were catalytically activity tested at several conditions. Among all Na,Cs-RHO samples prepared in this work, our preliminary results showed that a high crystallinity of Na.Cs-RHO synthesized for 8 days is suitable for preparing Cu-exchanged RHO. However, the highest methanol yield obtained from Cu,Na,Cs-RHO-8d is only about 16 μmol of CH3OH/g of catalyst. This could be possibly due to the presence of strong-interacted Cs ions in RHO’s pore leading to a limitation of active Cu species formed. This work further attempted to eliminate Cs and Na by ion exchanging with NH4+ ions prior to Cu ion exchanging, while the phase transformation of zeolite was observed. Still, more investigations must be carried out to develop the highly active Cu-exchanged RHO. |
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