Investigação das propriedades ácido-base dos catalisadores de Cu/Zn/Nb utilizados na produção de metanol a partir da hidrogenação de CO2

dc.contributor.advisor1Gomes, Janaina Fernandes
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/6718634914051168
dc.contributor.advisor1orcidhttps://orcid.org/0000-0002-9542-8944
dc.contributor.authorJahnel, Debora Rodrigues
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/4262660996337724
dc.contributor.authororcidhttps://orcid.org/0009-0004-4471-734
dc.date.accessioned2025-07-18T11:52:29Z
dc.date.issued2025-06-30
dc.description.abstractThe use of CO₂ as an industrial input could become a sustainable alternative for the production of chemical commodities, such as methanol, while also contributing to reducing the concentration of this gas in the atmosphere and mitigating its negative effects. Copper-based catalysts have been intensively investigated for the hydrogenation of CO₂ to methanol. In recent studies, Cu/Zn catalysts promoted with Nb exhibited higher CO₂ conversion and greater selectivity to methanol compared to the non-promoted Cu/Zn catalysts and those promoted with other metals; however, this behavior has not been fully understood. Typically, in CO₂ hydrogenation catalytic reactions, an increase in surface basicity can favor the CO₂ adsorption step. Nevertheless, the addition of Nb generally leads to an increase in the acidity of the materials, which at first appears to be counterintuitive. In this context, the objective of the present study was to contribute to the understanding of the acid-base properties of Cu and Zn catalysts promoted with different Nb mass fractions. The materials were synthesized by co-precipitation and characterized by X-ray diffraction (XRD), N₂ physisorption, temperature-programmed desorption of CO₂ and NH₃ (TPD-CO₂ and TPD-NH₃), transmission electron microscopy (TEM), and X-ray fluorescence (XRF). From the characterizations performed, it was possible to verify that the materials exhibited crystallinity, morphology, and textural properties similar to those obtained in previous studies. Based on the results of TPD-CO₂, it was observe that the basicity of the materials with different Nb contents did not show a considerable variation. On the other hand, the TPD-NH₃ results showed significant variations in the acidity of the materials with increasing Nb content. The Cu50/Zn45/Nb5 material, which had previously shown the best catalytic performance for methanol production, also exhibited lower acidity than the other materials, suggesting that lower acidity may be the determining factor for maximizing methanol production in this material. Compared to the literature, the TPD-CO₂ and TPD-NH₃ results are consistent, indicating good reproducibility. The lower acidity may be related to the high calcination temperature (450 °C).eng
dc.description.resumoA aplicação do CO2 como insumo industrial pode vir a ser uma alternativa sustentável para a produção de commodities químicas, como o metanol, ao mesmo tempo em que poderá reduzir a concentração deste gás na atmosfera e minimizar seus efeitos negativos. Catalisadores à base de cobre vem sendo intensamente investigados em reações de hidrogenação de CO2 a metanol. Em estudos recentes, catalisadores de Cu/Zn promovidos com Nb apresentaram maior conversão de CO2 e maior seletividade a metanol do que o catalisador não promovido e Cu/Zn promovido com outros metais, mas esse comportamento ainda não foi completamente entendido. Normalmente, na reação catalítica de hidrogenação de CO2, o aumento da basicidade superficial pode favorecer a etapa de adsorção do CO2. Entretanto, no geral, a adição de Nb leva a um aumento na acidez dos materiais, o que em princípio parece controverso. Neste contexto, o objetivo do presente trabalho foi contribuir para o entendimento das propriedades ácido-base de catalisadores de Cu e Zn promovidos com diferentes teores mássicos de Nb. Os materiais foram sintetizados via co-precipitação e caracterizados por difratometria de raios X (DRX), fisissorção de N2, dessorção à temperatura programada de CO2 e NH3 (DTP-CO2 e DTP-NH3), microscopia eletrônica de transmissão (MET) e fluorescência de raios X (FRX). A partir das caracterizações realizadas foi possível verificar que os materiais apresentaram características de cristalinidade, morfológicas e texturais similares às de materiais obtidos em trabalhos anteriores. A partir dos resultados de DTP-CO2 constatou-se que a basicidade dos materiais com diferentes teores de Nb não apresentou uma variação considerável. Por outro lado, os resultados de DTP-NH3 mostraram alterações relevantes na acidez dos materiais com o aumento do teor de Nb. O material de Cu50/Zn45/Nb5, que outrora havia apresentado melhor desempenho catalítico para a produção de metanol, também apresentou uma menor acidez do que os outros materiais, dando indícios de que a menor acidez possa ser o fator determinante para maximizar a produção de metanol nesse material. Comparado à literatura, os resultados de DTP-CO₂ e DTP-NH₃ são consistentes, indicando boa reprodutibilidade. A menor acidez pode estar relacionada à alta temperatura de calcinação (450 °C).
dc.description.sponsorshipOutra
dc.description.sponsorshipIdPRH 39.1/ANP - 06092259109
dc.identifier.citationJAHNEL, Debora Rodrigues. Investigação das propriedades ácido-base dos catalisadores de Cu/Zn/Nb utilizados na produção de metanol a partir da hidrogenação de CO2. 2025. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/22344.*
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/22344
dc.language.isopor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlos
dc.publisher.addressCâmpus São Carlos
dc.publisher.courseEngenharia Química - EQ
dc.publisher.initialsUFSCar
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
dc.subjectMetanol
dc.subjectHidrogenação de CO2
dc.subjectCatálise heterogênea
dc.subjectNióbio
dc.subjectCu/Zn/Nb
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::TECNOLOGIA QUIMICA
dc.titleInvestigação das propriedades ácido-base dos catalisadores de Cu/Zn/Nb utilizados na produção de metanol a partir da hidrogenação de CO2
dc.title.alternativeInvestigation of the acid-base properties of Cu/Zn/Nb catalysts used for methanol production from CO₂ hydrogenationeng
dc.typeTCC

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