Redução de fuligem por ceria obtida na decomposição térmica de polímeros inorgânicos

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Gomes, Viviane de Carvalho
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Catálise; Catalysis; Ceria; Cério; Cerium; Metal-organic-frameworks; Rare earths; Terras raras
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/59/59138/tde-01032023-074513/

A poluição por material particulado (MP) tem atraído preocupação por desencadear questões de saúde pública e redução na expectativa de vida mundial. Os grandes centros urbanos e zonas de alto fluxo rodoviário são os locais com as maiores concentrações de MP, já que uma das principais fontes de emissão deste poluente são os veículos. Dentre os automóveis utilizados comercialmente, os de sistema à diesel (Ciclo de Diesel) são os maiores responsáveis pela excessiva emissão de fuligem. Uma alternativa para a amenização da emissão de MP em sistemas à diesel é a utilização de filtros, como o filtro cerâmico de cordierita (2MgO-2Al2O3-5SiO2). Os filtros comerciais retêm a fuligem expelida pelo escapamento, enquanto demais sistemas do veículo realizam a regeneração ativa, através de aumento de temperatura. O processo de regeneração tende a reduzir sua eficiência com o passar do tempo, obstruindo os canais do filtro e implicando na perda do sistema de exaustão ou até mesmo na danificação o motor do veículo. A fuligem se decompõe na ordem de 600°C, entretanto o escapamento de um automóvel se detém na faixa de 300 a 400°C. Uma alternativa para a solução do problema é a utilização de catalisadores para a redução da temperatura de combustão do MP. As Terras Raras (TR) têm atraído atenção por suas diversas aplicações e indispensável uso em tecnologias sustentáveis. Uma das TRs mais abundantes é o cério, cuja capacidade redox entre Ce3+ e Ce4+ torna-se atrativa à catálise. A ceria (CeO2) convencional tem área superficial da ordem de SBET 60 m2 .g-1, entretanto uma alternativa para aumentar a área e produzir um catalisador mais eficiente é a produção de óxidos a partir da decomposição térmica de Metal-Organic-Frameworks (MOFs). Neste trabalho foram sintetizados catalisadores de óxidos a base de cério a partir da decomposição térmica do MOF-76. Na síntese do MOF Ce-BTC foram variados diversos parâmetros como: Sínteses solvotermais, sínteses de precipitação direta, proporção entre metal e ligante, desprotonação do ligante e mistura com outras terras raras. A decomposição térmica foi realizada em diferentes temperaturas: 300°C, 400°C, 500°C, 700°C e 900°C. Dentre os catalisadores as análises de DRX aliadas às análises de TGA/DSC e MEV demonstraram que os óxidos calcinados sob menores temperaturas (<500°C) implicam em estruturas amorfas com a predominância de morfologia de nanobastões de dimensões entre 100 a 120nm, apresentando também as maiores áreas superficiais de SBET de 95,05 m2 .g-1 . Os catalisadores calcinados sob maiores temperaturas (>500°C) demonstraram estruturas mais cristalinas, próximas à ceria convencional com a coexistência entre nanobastões e nanoesferas, cuja área superficial baixou para até SBET 5,43 m2 .g-1, influenciando na ação catalítica dos materiais. A fuligem sem a presença de catalisador se decompõe em torno de 600°C, e na presença de ceria sintetizada pelo método de Pechini, esta temperatura chega a 458°C. Os testes catalíticos demonstraram que a os catalisadores sintetizados neste trabalho CeO2-1-pd-400°C, Pr0,1Ce0,9O2-s-300°C, Pr0,1Ce0,9O2-s-400°C e Pr0,05Ce0,95O2-s-500°C diminuíram esta temperatura para 370°C.