Síntese e caracterização da zeólita HZSM-5 nanocristalina com porosidade hierárquica aplicada no craqueamento de polímeros

As zeólitas são amplamente utilizadas pela indústria em processos de catálise, adsorção, separação e troca iônica. No entanto, a presença apenas de microporos limita a difusão de moléculas volumosas em seus canais, favorecendo a ocorrência de reações indesejáveis devido ao longo tempo de residência...

Nível de Acesso:openAccess
Publication Date:2015
Main Author: Figueiredo, Aneliése Lunguinho
Orientador/a: Fernandes Júnior, Valter José
Format: Tese
Language:por
Published: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Programa: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICA
Assuntos em Portugês:
Áreas de Conhecimento:
Online Access:http://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/20554
Citação:FIGUEIREDO, Aneliése Lunguinho. Síntese e caracterização da zeólita HZSM-5 nanocristalina com porosidade hierárquica aplicada no craqueamento de polímeros. 2015. 116 f. Tese (Doutorado em Química) – Programa de Pós-Graduação em Química. Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2015.
Resumo Português:As zeólitas são amplamente utilizadas pela indústria em processos de catálise, adsorção, separação e troca iônica. No entanto, a presença apenas de microporos limita a difusão de moléculas volumosas em seus canais, favorecendo a ocorrência de reações indesejáveis devido ao longo tempo de residência dos reagentes e produtos ao serem transportados ao longo dos microporos das zeólitas. Com o intuito de superar este problema, foram estudados neste trabalho métodos de síntese para a obtenção da zeólita ZSM-5 nanocristalina com porosidade hierárquica sintetizada na ausência de direcionador orgânico de estrutura. Primeiramente foi realizada a síntese da zeólita ZSM-5 através do método assistido por sementes em um sistema ausente de direcionador orgânico, onde as amostras foram sintetizadas utilizando três tipos diferentes de sementes: duas destas baseadas em soluções aquosas claras contendo os precursores de ZSM-5 (não silanizada e silanizada) e a terceira semente baseada em uma zeólita ZSM-5 comercial na forma de pó, a fim de direcionar na formação da estrutura MFI. O segundo método empregado foi o processo de silanização, utilizando como agente silanizante o fenilaminopropiltrimetoxisilano (PHAPTMS), com a finalidade de diminuir ou impedir o crescimento dos cristais zeóliticos da ZSM-5, favorecendo a obtenção de cristais com menores dimensões. A síntese da ZSM-5 também foi realizada na ausência de direcionador orgânico a 180°C por 27 horas após a adição do PHAPTMS. Todas as amostras sintetizadas foram caracterizadas por diversas técnicas, dentre elas a Difração de Raios-X (DRX), Espectroscopia na região do Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR), adsorção-dessorção de Argônio (Ar), Microscopia Eletrônica (SEM e TEM) e dessorção a temperatura programada TPD-NH3. Notou-se que o uso de sementes proporciona uma maior área específica BET e provoca um aumento na área externa, devido à diminuição do tamanho dos cristais. Da mesma forma para amostra funcionalizada com o agente silanizante (HZSM-5 (PHAPTMS)), que apresentou a mais, um duplo sistema de poros, o primeiro associado à microporosidade da zeólita ZSM-5 (0,5 - 2 nm) e o outro relacionado à mesoporos intercristalinos (2 - 6 nm), confirmando a obtenção da zeólita HZSM-5 hierárquica. Todas as amostras sintetizadas apresentaram aglomerados globulares formados por pequenas nanounidades (30 - 90 nm), com morfologia e tamanho dos cristais diferentes da zeólita HZSM-5 utilizada como referência. Os testes catalíticos utilizando o craqueamento do polietileno de baixa densidade (PEBD) e o processo de pirólise do poli(etileno tereftalato) - PET provaram que a melhoria nas propriedades texturais das zeólitas sintetizadas é vantajoso em tais processos, apresentando um desempenho superior quando comparado à amostra de referência, fornecendo produtos que podem ser utilizados como matérias-primas na indústria petroquímica.
Zeolites are widely used by the industry in catalysis processes, adsorption, separation and ion exchange. However, the presence of only micropores limits the diffusion of bulky molecules in their channels, favoring the occurrence of adverse reactions due to long residence time of the reactants and products are transported through the micropores of the zeolite. In order to overcome this problem has been studied in this work synthesis methods for obtaining hierarchical nanocrystalline ZSM-5 zeolite synthesized in the absence of organic template. First it carried out a synthesis of zeolite ZSM-5 by the seed-assisted method from an organic-templatefree system, where the samples were synthesized utilizing three different types of seeds: two of these based on aqueous clear solutions containing the ZSM-5 precursors (non-silanized and silanized) and the third seed based on a commercial ZSM-5 zeolite in powder form, in order to direct the formation of the MFI structure. The second method used was the silanization process, using as silanizante agent phenylaminopropyltrimethoxysilane (PHAPTMS), in order to lessen or prevent the growth of zeolitic crystals of ZSM-5, obtaining favoring smaller crystals. The synthesis of ZSM-5 was also performed in the absence of organic template 180°C for 27 hours after addition of PHAPTMS. All synthesized samples were characterized by several techniques, among them X Ray Diffraction (XRD), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Argon adsorption-desorption, Electronic Microscopy (SEM and TEM), and Temperature Programmed Desorption of Ammonia (NH3-TPD). It was noted that the use of seeds gives a higher BET surface area and causes an increase in the external surface area outside due to the decreasing size of the crystals. Similarly for sample functionalized with silanizante agent (MFI (PHAPTMS)), which is the lowest a dual system of pores, the first associated with the microporosity of the zeolite ZSM-5 (0.5 - 2 nm) and the other related to intercrystalline mesopores (2 - 6 nm), confirming the obtaining of HZSM-5 zeolite hierarchical. All samples were synthesized globular agglomerates formed by small nanounits (30 - 90 nm) with different size and morphology of crystals of zeolite HZSM-5 used as reference. The catalytic tests using the cracking of low density polyethylene (LDPE) and pyrolysis of poly(ethylene terephthalate) - PET proved that the improvement in the textural properties of the synthesized zeolite is advantageous in such processes, with a better performance when compared to the reference sample, generating products which can be useful feedstocks in the petrochemical industry.