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dc.contributor.authorVieira, Jussara Vitória Reis
dc.date.accessioned2024-07-02T12:04:33Z
dc.date.available2024-07-02T12:04:33Z
dc.date.issued2023-02-27
dc.identifier.citationVIEIRA, Jussara Vitória Reis. Oxidação do metano em metanol: efeito da natureza do oxidante na estrutura da espécie ativa em Cu-FAU e Cu-CHA. 2023. Tese (Doutorado em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2023. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/19697.*
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/19697
dc.description.abstractThe direct oxidation of methane to methanol is carried out with metal-zeolite catalysts in three steps: (I) oxidation of metal oxide with O2; (II) partial oxidation of methane to methanol using active site oxygen, and (III) methanol desorption with water vapour. Generally, the conventional process studied in the literature is carried out in cycles with temperature changes. However, the isothermal cycle is preferable from an economic and operational point of view. Understanding the active species in catalysts is important for the development of materials that allow higher methanol yields. Although the literature presents excellent studies on this reaction, the process has not yet left the laboratory scale. It is necessary to investigate changes in the process that allow improvements to achieve a future viability. Therefore, the general objective of this work is to propose the use of CO2 as an oxidant in an isothermal process at high temperature in the partial oxidation reaction of methane to methanol using the zeolites Cu-FAU and Cu-CHA, and through the technique of diffuse reflectance spectroscopy in the ultraviolet and visible region to compare the effect of this oxidant on the structure of the active species in relation to the traditionally used oxidant, oxygen. The catalysts showed excellent performance in the isothermal process (400 °C), using CO2 as an oxidant. The results achieved were 140 and 132 µmol MeOH/gcat, for Cu-FAU and Cu-CHA, respectively. Through DRS UV-vis in situ it was possible to verify the presence of two species that are able to activate methane in Cu-FAU using CO2 -[Cu3(µ-O)3]2+ and [CuOH]+. However, the use of oxygen only species [CuOH]+ is observed. The Cu-CHA showed only species [CuOH]+ in both oxidants. The results suggest that the combination of oxidant and zeolite structure influences the formation of the active species. The treatment in CO2, in addition to providing active oxygen for the formation of the active site, allows the self-reduction of a copper fraction (Cu2+ → Cu+). The Cu+ formed can migrate into the Cu-FAU zeolite structure and recombine with other atoms to form [Cu3(µ-O)3]2+. The proposal to use carbon dioxide is a step forward in contributing to the study of the direct partial oxidation of methane to methanol.eng
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)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.subjectOxidação metano-metanolpor
dc.subjectZeólitaspor
dc.subjectDióxido de carbonopor
dc.titleOxidação do metano em metanol: efeito da natureza do oxidante na estrutura da espécie ativa em Cu-FAU e Cu-CHApor
dc.title.alternativeOxidation of methane to methanol: effect of the nature of the oxidant on the structure of the active species in Cu-FAU and Cu-CHAeng
dc.typeTesepor
dc.contributor.advisor1Bueno, José Maria Corrêa
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0157452280626031por
dc.contributor.advisor-co1Lima, Patrícia Moreira
dc.description.resumoA oxidação direta do metano em metanol é realizada com catalisadores de metal-zeólitas em três etapas: (I) oxidação do óxido metálico com O2; (II) oxidação parcial do metano em metanol utilizando o oxigênio da espécie ativa, e (III) dessorção do metanol com vapor de água. Geralmente, o processo convencional estudado na literatura é realizado em ciclos com mudanças de temperatura. Contudo, o ciclo isotérmico é preferível do ponto de vista econômico e operacional. O entendimento das espécies ativas nos catalisadores é importante para o desenvolvimento de materiais que permitam maiores rendimentos em metanol. Embora a literatura apresente excelentes estudos sobre essa reação, o processo ainda não saiu da escala de laboratório. É necessário investigar mudanças no processo que permitam melhorias para alcançar uma futura viabilidade. Portanto, o objetivo geral do trabalho é propor a utilização de CO2 como oxidante em processo isotérmico em alta temperatura da reação de oxidação parcial do metano em metanol utilizando as zeólitas Cu-FAU e Cu-CHA, e por meio da técnica de espectroscopia de reflectância difusa na região do ultravioleta e visível comparar o feito desse oxidante na estrutura das espécies ativa em relação ao oxidante tradicionalmente utilizado, oxigênio. Os catalisadores apresentaram ótimos desempenhos no processo isotérmico (400 °C), utilizando CO2 como oxidante. Os resultados alcançaram 140 e 132 µmol MeOH/gcat, para Cu-FAU e Cu-CHA, respectivamente. Por meio de DRS UV-vis in situ foi possível verificar a presença de duas espécies capazes de ativar o metano na Cu-FAU, [Cu3(µ-O)3]2+ e [CuOH]+, utilizando CO2. Entretanto, o uso de oxigênio somente a espécie [CuOH]+ é observada. A Cu-CHA apresentou apenas a espécie [CuOH]+ em ambos os oxidantes. Os resultados sugerem que a combinação do oxidante e da estrutura da zeólita influencia na formação da espécie ativa. O tratamento em CO2, além de fornecer oxigênio ativo para a formação da espécie ativa, permite a auto-redução de uma fração do cobre (Cu2+ → Cu+). O Cu+ formado pode migrar na estrutura da zeólita e recombinar com outros átomos para a formação de [Cu3(µ-O)3]2+ em Cu-FAU. A proposta do uso de dióxido de carbono é um avanço para a contribuição do estudo da oxidação parcial direta do metano em metanol.por
dc.publisher.initialsUFSCarpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQpor
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICApor
dc.description.sponsorshipIdCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - Brasil (CAPES), processo n° 88887.475670/2020-00por
dc.description.sponsorshipIdFundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP), número do processo 2018/01258-5por
dc.publisher.addressCâmpus São Carlospor
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/7379453700180071por


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