Caracterização e avaliação catalítica de zeólitas HZSM-5 com estrutura hierárquica de poros obtidas por síntese direta e por dessilicação

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Martins, Jéssica de Mello
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade do Estado do Rio de Janeiro; Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto de Química; Brasil; UERJ; Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
• Palavras-chave em Português: Hierarchical zeolite; Dessilication; Alcohol conversion; Zeólitas; Olefinas; Metanol; Zeólitas hierárquicas; ZSM-5; Dessilicação; Conversão de álcoois; ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA
• Link de acesso: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/18886

A ZSM-5 é uma zeólita de poros médios que devido às suas características ácidas e estruturais, vem sendo muito estudada como catalisador no processo MTO (methanol to olefins) e em reações envolvendo moléculas plataforma derivadas de biomassa, como é o caso das reações de conversão de etanol em hidrocarbonetos e de eterificação de glicóis. No entanto, dependendo da reação investigada, a abertura dos poros da ZSM-5 (entre 5 e 6 Å) pode restringir a difusão de moléculas mais volumosas pelo interior de sua estrutura porosa, limitando a ocorrência de determinadas reações à superfície dos cristais. Assim, tem sido grande, nos últimos anos, o interesse em estudos voltados para a geração de mesoporos nestas zeólitas, buscando melhorar a acessibilidade aos sítios ativos localizados no interior da estrutura cristalina e, assim, ampliar a sua utilização como catalisador em reações envolvendo a participação de reagentes e/ou produtos formados por moléculas com maior dimensão. Diante deste panorama, o objetivo do presente trabalho foi investigar a geração de mesoporos em zeólitas ZSM-5. Foram avaliadas duas diferentes rotas para a obtenção de zeólitas com um sistema bimodal de poros: (i) dessilicação por tratamento alcalino para geração de mesoporos, e (ii) síntese direta utilizando um organossilano como direcionador mesoporoso. As amostras preparadas foram caracterizadas por FRX, DRX, fisissorção de N2, TPD de NH3, DRIFTS e RMN de 29Si e de 27Al. Seu desempenho catalítico foi avaliado nas reações de conversão de metanol e de etanol em hidrocarbonetos bem como na eterificação do glicerol com tert-butanol. A caracterização físico-química confirmou a obtenção de catalisadores com estrutura do tipo MFI com boa cristalinidade e com estrutura hierárquica bem definida. Em comparação com a zeólita de partida (HZNT), o tratamento alcalino levou à redução da cristalinidade, da densidade de sítios ácidos e à formação de mesoporos de forma diretamente proporcional ao tempo tratamento. Já as amostras obtidas por síntese direta, apresentaram estrutura micro-mesoporosa, porém uma densidade de sítios ácidos menor que as das demais amostras. Com relação ao desempenho catalítico, para a reação de conversão de metanol, as zeólitas dessilicadas apresentaram maior estabilidade e maior seletividade para propeno e aromáticos se comparada com a precursora. A comparação do desempenho das diferentes zeólitas indicou que, na reação de conversão de etanol, todas foram ativas, sendo o eteno a principal olefina formada. Porém, a HZNT apresentou as características ácidas e estruturais mais favoráveis à formação do propeno e aromáticos BTX. Já na reação de eterificação do glicerol a seletividade foi acima de 95% em relação aos éteres monossubstituídos, para todas as amostras estudadas. Não foi possível estabelecer uma relação entre a atividade catalítica e as características estruturais, texturais ou de acidez do conjunto de materiais estudado para esta reação.