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Publicação
Otimização dos parâmetros experimentais para a produção de estruturas zeolíticas hierárquicas
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
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Autores
Resumo(s)
Os zeólitos são materiais microporosos com diversas aplicações como adsorventes, permutadores
iónicos e catalisadores. Apesar de apresentarem diversas vantagens face a outros catalisadores
convencionais, quando uma reação catalítica envolve uma molécula volumosa, existem limitações na
difusão até aos centros ativos do zeólito, levando à rápida desativação do catalisador e à diminuição da
sua atividade. Por isto, a introdução de um ou mais níveis de porosidade para além da microporosidade
intrínseca ao zeólito (zeólitos hierárquicos) permite a utilização de zeólitos neste tipo de reações
também.
Assim, o objetivo deste trabalho foi a produção de zeólitos hierárquicos a partir dos zeólitos comerciais
Y e mordenite, utilizando um tratamento básico na presença de surfactantes (brometo de
hexadeciltrimetilamónio - CTAB) como template. Foi estudada a influência de alguns parâmetros
experimentais como a duração do tratamento, a força iónica e a concentração de surfactante nas
características estruturais e texturais dos materiais. Os zeólitos modificados foram por isso
caracterizados por difração de raios-X e adsorção de N2 a -196 °C. Na maioria dos casos, o tratamento
levou à formação de mesoporos com uma distribuição de tamanho estreita centrada em 4-5 nm, sem
diminuição significativa da microporosidade intrínseca ou da cristalinidade do zeólito (a maioria das
amostras apresentou cristalinidade 100 % face à amostra de partida), sendo que os melhores resultados
derivaram da variação do tempo, utilizando a concentração de CTAB otimizada anteriormente.
As amostras mais promissoras foram caracterizadas por microscopia eletrónica de transmissão e
espectrometria de emissão atómica por plasma acoplado indutivamente. Estes materiais foram usados
para produzir catalisadores bifuncionais após funcionalização com platina usando o método de
impregnação com volume mínimo de solução ou por adição direta do sal de Pt durante o tratamento com
surfactante. Os catalisadores bifuncionais foram testados na reação de hidrodesoxigenação de moléculas
modelo de bio-óleo (anisol e dibenzofurano) proveniente da pirólise da biomassa, utilizando um reator
de alta pressão. Apesar dos catalisadores não levarem a um aumento do rendimento da reação ou
conversão do reagente, a sua utilização dá origem a maior seletividade para os produtos-alvo (compostos
sem oxigénio).
Zeolites are microporous materials with diverse applications as adsorbents, ion exchangers and catalysts. Although they have several advantages over other conventional catalysts, when a catalytic reaction involves a bulky molecule, there are diffusion limitations to the zeolite active centers, leading to rapid catalyst deactivation and a decrease in activity. For this reason, the introduction of one or more levels of porosity (hierarchical zeolites) allows zeolites to be used in this type of reaction as well. The work aimed to produce hierarchical zeolites from commercial Y and mordenite zeolites, using a surfactant-assisted basic treatment (using hexadecyltrimethylammonium bromide or CTAB). The influence of some experimental parameters such as treatment duration, ionic strength and surfactant concentration on the produced materials was studied. The modified zeolites were then characterized by X-ray diffraction and N2 adsorption at -196 °C. In most cases, the treatment led to the formation of mesoporosity in the range of 4-5 nm without a significant decrease in the intrinsic microporosity or crystallinity of the zeolite (most of the samples showed 100 % crystallinity compared to the parent sample), and the best results were obtained after varying the time using the CTAB concentration optimized in previous works. The most promising samples were further characterized by transmission electron microscopy and inductively coupled plasma atomic emission spectrometry. These materials were used to produce bifunctional catalysts after platinum functionalization, by incipient wetness impregnation or by adding the Pt salt directly during the basic treatment. The bifunctional catalysts were tested in the hydrodeoxygenation of model bio-oil molecules from biomass pyrolysis (anisole and dibenzofuran), using a high-pressure reactor. Although these hierarchical zeolite-based catalysts did not lead to an increase in the reaction yield or conversion of the reactant, their use results in greater selectivity for target products (oxygen-free compounds).
Zeolites are microporous materials with diverse applications as adsorbents, ion exchangers and catalysts. Although they have several advantages over other conventional catalysts, when a catalytic reaction involves a bulky molecule, there are diffusion limitations to the zeolite active centers, leading to rapid catalyst deactivation and a decrease in activity. For this reason, the introduction of one or more levels of porosity (hierarchical zeolites) allows zeolites to be used in this type of reaction as well. The work aimed to produce hierarchical zeolites from commercial Y and mordenite zeolites, using a surfactant-assisted basic treatment (using hexadecyltrimethylammonium bromide or CTAB). The influence of some experimental parameters such as treatment duration, ionic strength and surfactant concentration on the produced materials was studied. The modified zeolites were then characterized by X-ray diffraction and N2 adsorption at -196 °C. In most cases, the treatment led to the formation of mesoporosity in the range of 4-5 nm without a significant decrease in the intrinsic microporosity or crystallinity of the zeolite (most of the samples showed 100 % crystallinity compared to the parent sample), and the best results were obtained after varying the time using the CTAB concentration optimized in previous works. The most promising samples were further characterized by transmission electron microscopy and inductively coupled plasma atomic emission spectrometry. These materials were used to produce bifunctional catalysts after platinum functionalization, by incipient wetness impregnation or by adding the Pt salt directly during the basic treatment. The bifunctional catalysts were tested in the hydrodeoxygenation of model bio-oil molecules from biomass pyrolysis (anisole and dibenzofuran), using a high-pressure reactor. Although these hierarchical zeolite-based catalysts did not lead to an increase in the reaction yield or conversion of the reactant, their use results in greater selectivity for target products (oxygen-free compounds).
Descrição
Tese de mestrado, Química (Química), 2025, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências
Palavras-chave
Zeólitos hierárquicos CTAB Hidrodesoxigenação Adsorção de N2 Teses de mestrado - 2025