Zeólitas hierarquicamente estruturadas: um estudo da inserção de Mesoporosidade via Mecanoquímica

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2022
Autor(a) principal: Oliveira, Manuela Silva Martins de
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Brasil
UFRN
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICA
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/51293
Resumo: Structurally, zeolites basically consist of a three-dimensional network formed from silicon and aluminum tetrahedra that are interconnected by means of oxygen atoms. Due to their various properties and characteristics, it can be said that zeolites are one of the most used catalysts in the industry; however, the intrinsic microporosity of these materials has limited their application aimed at processing larger molecules. In this work, the influence of mechanochemical methods in obtaining zeolitic materials with hierarchical pore structure was studied, through the insertion of mesoporosity via dry grinding in a ball mill, seeking to obtain zeolites with greater accessibility of active sites for subsequent application in the cumene cracking reaction. The zeolitic materials used in this process were Mordenite, LTX and USY. In the application of the mechanochemical method, the variables rotation speed (200, 400 and 600 rpm) and rotation time (20, 40 and 60 min) were evaluated. Subsequent mechanochemical studies at higher rotation times (2 and 4 hours) were also performed. The materials obtained were characterized by means of XRD, 27Al NMR, XRF, N2 Adsorption/Desorption and SEM. For the mordenite zeolite, the acid materials previously submitted to a rotation speed of 200 rpm and higher rotation times showed more acceptable structural and textural maintenance compared to other milling studies and, in addition, exhibited a more relevant increase in the volume of mesopores. For LTX zeolite, the low Si/Al ratio presented by the material ended up causing a structural collapse; which in turn hampered the possibility of application of this material. For USY Commercial zeolite samples, the modification in zeolitic accessibility was only possible at intermediate grinding speeds (400 rpm). By linking the structural, morphological and textural results with the results obtained through the cumene cracking reaction, it was possible to prove that, in Mordenite zeolite samples, the control of mechanochemical parameters can promote an increase in accessibility, reflecting in higher rates of conversion of the cumene molecule in the first 60 minutes of reaction. As for the USY Commercial zeolite materials, the mechanochemical modifications reflected significant changes in the conversion and selectivity of cumene compared to the starting USY Commercial zeolite, reaching a conversion of approximately 90%.
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The zeolitic materials used in this process were Mordenite, LTX and USY. In the application of the mechanochemical method, the variables rotation speed (200, 400 and 600 rpm) and rotation time (20, 40 and 60 min) were evaluated. Subsequent mechanochemical studies at higher rotation times (2 and 4 hours) were also performed. The materials obtained were characterized by means of XRD, 27Al NMR, XRF, N2 Adsorption/Desorption and SEM. For the mordenite zeolite, the acid materials previously submitted to a rotation speed of 200 rpm and higher rotation times showed more acceptable structural and textural maintenance compared to other milling studies and, in addition, exhibited a more relevant increase in the volume of mesopores. For LTX zeolite, the low Si/Al ratio presented by the material ended up causing a structural collapse; which in turn hampered the possibility of application of this material. For USY Commercial zeolite samples, the modification in zeolitic accessibility was only possible at intermediate grinding speeds (400 rpm). By linking the structural, morphological and textural results with the results obtained through the cumene cracking reaction, it was possible to prove that, in Mordenite zeolite samples, the control of mechanochemical parameters can promote an increase in accessibility, reflecting in higher rates of conversion of the cumene molecule in the first 60 minutes of reaction. As for the USY Commercial zeolite materials, the mechanochemical modifications reflected significant changes in the conversion and selectivity of cumene compared to the starting USY Commercial zeolite, reaching a conversion of approximately 90%.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESEstruturalmente, as zeólitas consistem basicamente em uma rede tridimensional formada a partir de tetraedros de silício e de alumínio que se interligam por meio de átomos de oxigênio. Devido às suas diversas propriedades e características, pode-se afirmar que as zeólitas são um dos catalisadores mais utilizados na indústria; entretanto, a microporosidade intrínseca a estes materiais tem limitado a aplicação voltada ao processamento de moléculas mais volumosas. Neste trabalho estudou-se a influência de métodos mecanoquímicos na obtenção de materiais zeolíticos com estrututura hierarquizada de poros, por meio da inserção de mesoporosidade via moagem a seco em um moinho de bolas, buscando a obtenção de zeólitas com uma maior acessibilidade dos sítios ativos para posterior aplicação na reação de craqueamento do cumeno. Os materiais zeólíticos empregados neste processo foram a Mordenita, LTX e USY. Na aplicação do método mecanoquímico, foram avaliadas as variáveis velocidade de rotação (200, 400 e 600 rpm) e tempo de rotação (20, 40 e 60 min). Outros estudos mecanoquímicos em tempos de rotação mais elevados (2 e 4 horas) também foram realizados. Os materiais obtidos foram caracterizados por meio de DRX, 27Al RMN, FRX, Adsorção/Dessorção de N2 e MEV. Para a zeólita mordenita, os materiais ácidos submetidos anteriormente a velocidade de rotação de 200 rpm e tempos de rotação mais elevados apresentaram manutenção estrutural e textural mais aceitáveis frente aos outros estudos de moagem e, além disso, exibiram um aumento no volume de mesoporos (0,02 cm3 /g para 0,07 cm3 /g) mais relevante. Para a zeólita LTX, a baixa relação Si/Al apresentada pelo material acabou por acarretar num colapso estrutural; o que por sua vez dificultou a possibilidade de aplicação desse material. Para as amostras de zeólita USY Comercial, a modificação na acessibilidade zeolítica só foi possível em velocidades de moagem intermediária (400 rpm). Ao atrelar os resultados estruturais, morfológicos e texturais com os resultados obtidos por meio da reação de craqueamento do cumeno, foi possível comprovar que, nas amostras de zeólita Mordenita, o controle de parâmetros mecanoquímicos pode promover um aumento de acessibilidade, refletindo em maiores taxas de conversão da molécula do cumeno nos primeiros 60 minutos de reação. Já para os materiais de zeólita USY Comercial, as modificações mecanoquímicas refletiram mudanças significativas frente a conversão e seletividade do cumeno em comparação com a zeólita USY Comercial de partida, atingindo conversão de aproximadamente 90%.Universidade Federal do Rio Grande do NorteBrasilUFRNPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICAPergher, Sibele Berenice Castellahttp://lattes.cnpq.br/4822197150551109http://lattes.cnpq.br/5249001430287414Loiola, Adonay RodriguesAraújo, Antônio Souza dehttp://lattes.cnpq.br/9770622597949866Rigoti, EduardoBraga, Tiago PinheiroOliveira, Manuela Silva Martins de2023-02-15T16:55:50Z2023-02-15T16:55:50Z2022-09-16info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfOLIVEIRA, Manuela Silva Martins de. Zeólitas hierarquicamente estruturadas: um estudo da inserção de Mesoporosidade via Mecanoquímica. Orientador: Sibele Berenice Castellã Pergher. 2022. 170f. Tese (Doutorado em Química) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2022.https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/51293info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRN2023-02-15T16:56:42Zoai:repositorio.ufrn.br:123456789/51293Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/repositorio@bczm.ufrn.bropendoar:2023-02-15T16:56:42Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false
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