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dc.contributor.authorSantana, Cássia Sidney
dc.date.accessioned2021-10-06T16:40:28Z
dc.date.available2021-10-06T16:40:28Z
dc.date.issued2021-08-10
dc.identifier.citationSANTANA, Cássia Sidney. Aproveitamento de CO2 para a produção de metanol e compostos C2+ aplicando catalisadores à base de Cu e Fe. 2021. Tese (Doutorado em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2021. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/14976.*
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/14976
dc.description.abstractConsidering the approaches to use of the CO2, this work aimed to study CO2 hydrogenation at gas phase and CO2 reduction (CO2RR) via electrocatalysis. Through these methodologies a wide variety of value-added products can be obtained, such as methanol and compounds with two or more carbon atoms (C2+). In a first stage of this work, Cu and Fe-based materials were investigated in the CO2 hydrogenation reaction. The production of methanol on Cu/Zn materials was influenced by the presence of promoters (Al, Cr, Ga, Nb, and Zr). The content, incorporation method to Cu/Zn, and chemical nature of the investigated promoters had a direct influence on the selectivity to CH3OH or CO. Cu50/Zn45/Nb5, prepared by co-precipitation, was the catalyst that showed the best activity and selectivity to methanol, because of its physical-chemical characteristics. Through spectroscopic investigations, intermediates of methanol synthesis were identified, and it was verified that CO adsorbs stably on Cu50/Zn45/Nb5, which contributes to the formation of methanol at the expense of CO. By applying Fe-Cu-Al-K to the CO2 hydrogenation reaction, CO, CH4 and C2+ hydrocarbons were obtained as products. The C-C coupling was favored when the material was reduced at 300 °C and exposed to higher reaction temperatures in range investigated here. In a second stage of this work, the combination of Cu50/Zn45/Nb5 and Fe-Cu-Al-K was evaluated by physical mixing and by overlapping beds of these materials. The formation of C2+ alcohols (C2+OH) was verified, attesting the complementation of the hydroxyl group formation (Cu50/Zn45/Nb5) and the carbon chain propagation (Fe-Cu-Al-K) functions. A statistical chemometrics optimization procedure was used to determine, among the investigated variables, the most favorable conditions for the C2+OH production. The model was experimentally validated and proved to be adequate. By DRIFTS, intermediates of the C2+OH formation on the 50%m Cu50/Zn45/Nb5 and 50%m Fe-Cu-Al-K physical mixture were identified. Finally, in the third and last stage of this work, the CO2RR was investigated on copper catalysts. Cu nanoparticles were more selective to the production of C2+ compounds, such as ethanol and ethylene, when compared to the smooth copper surface. Contrasting results of the CO2 hydrogenation and CO2RR on Cu and Cu/Zn-based materials, it was clear that the reaction environment has a significant influence on the products distribution.eng
dc.description.sponsorshipConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)por
dc.description.sponsorshipFundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)por
dc.language.isoporpor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlospor
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/*
dc.subjectAproveitamento de CO2por
dc.subjectCatálisepor
dc.subjectEletrocatálisepor
dc.subjectCu e Fepor
dc.subjectMetanolpor
dc.subjectCompostos C2+por
dc.subjectUse of CO2eng
dc.subjectCatalysiseng
dc.subjectElectrocatalysiseng
dc.subjectCu and Feeng
dc.subjectMethanoleng
dc.subjectC2+ compoundseng
dc.titleAproveitamento de CO2 para a produção de metanol e compostos C2+ aplicando catalisadores à base de Cu e Fepor
dc.title.alternativeUse of CO2 for the production of methanol and C2+ compounds using Cu and Fe-based catalystseng
dc.typeTesepor
dc.contributor.advisor1Assaf, José Mansur
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9563312407691130por
dc.contributor.advisor-co1Gomes, Janaina Fernandes
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/6718634914051168por
dc.description.resumoConsiderando-se as abordagens de aproveitamento do CO2, neste trabalho objetivou-se estudar as reações de hidrogenação em fase gasosa e de redução de CO2 (RRCO2) via eletrocatálise. Através dessas metodologias uma ampla variedade de produtos com valor agregado pode ser obtida, tais como metanol e compostos com dois ou mais átomos de carbono (C2+). Em uma primeira etapa, investigaram-se materiais à base de Cu e Fe na reação de hidrogenação de CO2. A produção de metanol sobre materiais de Cu/Zn foi influenciada pela presença de promotores (Al, Cr, Ga, Nb e Zr). O teor, o método de incorporação ao Cu/Zn e a natureza química dos promotores investigados impactaram diretamente na seletividade à obtenção de CH3OH ou CO. O Cu50/Zn45/Nb5, preparado por co-precipitação, foi o que apresentou melhor atividade e seletividade a metanol, como resultado das características físico-químicas deste catalisador. Por investigações espectroscópicas, identificaram-se intermediários da síntese de metanol e verificou-se que o CO se adsorve estavelmente sobre Cu50/Zn45/Nb5, contribuindo para a formação de metanol em detrimento de CO. Aplicando-se o Fe-Cu-Al-K à reação de hidrogenação de CO2, obtiveram-se CO, CH4 e hidrocarbonetos C2+ como produtos. A propagação da cadeia carbônica foi favorecida quando o material foi reduzido a 300 °C e exposto a temperaturas reacionais mais altas na faixa investigada. Em uma segunda etapa deste trabalho, avaliou-se a combinação de Cu50/Zn45/Nb5 e Fe-Cu-Al-K por mistura física ou sobreposição de leitos e verificou-se a formação de álcoois C2+ (C2+OH), atestando a complementação das funções de formação do grupamento hidroxila (Cu50/Zn45/Nb5) e de propagação da cadeia carbônica (Fe-Cu-Al-K). Empregou-se um procedimento estatístico de otimização quimiométrica para determinar, dentre as variáveis investigadas, as condições mais favoráveis à obtenção dos C2+OH. O modelo, validado experimentalmente, mostrou-se adequado. Por DRIFTS, foram identificados intermediários da formação de C2+OH sobre a mistura física contendo 50%m Cu50/Zn45/Nb5 e 50%m Fe-Cu-Al-K. Finalmente, na terceira e última etapa deste trabalho, investigou-se a RRCO2 sobre catalisadores de cobre. As nanopartículas de Cu foram mais seletivas à produção de compostos C2+, tais como etanol e etileno, se comparadas à superfície lisa de cobre. Para os materiais à base de Cu/Zn, não se observou a formação de compostos C2+. Confrontando-se os resultados da hidrogenação de CO2 e da RRCO2 nos materiais à base de Cu e Cu/Zn, ficou evidente que o ambiente reacional influencia significativamente a distribuição de produtos da reação.por
dc.publisher.initialsUFSCarpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQpor
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICApor
dc.description.sponsorshipIdCNPq 140759/2017-4por
dc.description.sponsorshipIdFAPESP 2017/05241-7por
dc.description.sponsorshipIdFAPESP 2018/24339-0por
dc.publisher.addressCâmpus São Carlospor
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/3509883977768534por


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