Oxidação direta de metano em metanol sobre cátions [oxo-Cu2+] em zeólitas Y e mordenita – Efeito da temperatura aplicada aos ciclos isotérmicos de ativação e reação
| dc.contributor.advisor1 | Urquieta-González, Ernesto Antonio | |
| dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/2389975677904655 | |
| dc.contributor.author | Picinini, Monize | |
| dc.contributor.authorlattes | https://lattes.cnpq.br/7026596027202260 | |
| dc.date.accessioned | 2025-05-26T17:47:27Z | |
| dc.date.issued | 2023-05-24 | |
| dc.description.abstract | It is expected that in the coming decades, natural gas, consisting mainly of methane, will become an important raw material in the industry to produce chemicals and intermediates. Thus, it is of great interest to develop processes for the direct oxidation of methane to methanol via more sustainable and cost-effective routes, which would also reduce methane emissions to the atmosphere and, consequently, its impact as a greenhouse gas. Despite the scientific advances achieved in the study of this process, the breakage of the C-H bonds of the methane molecule remains a challenge, which has encouraged the development of highly active and selective catalysts. The studies have focused on exchanging zeolites with oxidized metallic cations to recreate the reactivity mechanism like that found in the enzyme methane monooxygenase, which converts methane to methanol under atmospheric conditions of temperature and pressure. In the discussed context, the objective of the work was to study the direct oxidation of methane to methanol over zeolites Y and mordenite exchanged with copper oxo-cations, analyzing the influence of the zeolitic structure and the activation conditions on the formation, nature, and activity of the generated species, as well as the conditions related to the methane reaction. The activated Cu-zeolites were characterized by energy-dispersive X-ray spectroscopy, X-ray diffraction, nitrogen physisorption, scanning electron microscopy, hydrogen, and methane temperature-programmed reduction, and in situ Fourier transform infrared spectroscopy by transmission mode. In order to determine the active species generated during activation and their subsequent consumption during methane reaction, both operated isothermally, in situ ultraviolet-visible diffuse reflectance spectroscopy analysis was performed. All the studied Cu-zeolites were able to convert methane to methanol. The activity profiles of the zeolite Y and mordenite were associated with the nature of the generated active copper species and their reaction temperature with methane. The in situ DRS-UV-Vis spectra showed bands related to dimeric and trimeric copper species in both the studied Cu-zeolites. Formation of monomeric active copper species was also observed for mordenite. | eng |
| dc.description.resumo | Espera-se que nas próximas décadas o gás natural, constituído principalmente por metano, se torne uma matéria-prima importante na indústria para a produção de intermediários químicos. Assim, é de grande interesse o desenvolvimento de processos para a oxidação direta de metano a metanol via rotas mais sustentáveis e de custo atraente, o que também reduziria a emissão de metano para a atmosfera e, consequentemente, seu impacto como gás de efeito estufa. Apesar dos avanços científicos alcançados no estudo desse processo, continua sendo um desafio a quebra das ligações C-H da molécula do metano, o que leva à necessidade do emprego de catalisadores altamente ativos e seletivos. As pesquisas têm sido direcionadas para o uso de zeólitas trocadas com cátions metálicos oxidados, de modo a recriar o mecanismo de reatividade similar ao encontrado na enzima metano mono-oxigenase, a qual converte metano a metanol sob condições de temperatura e pressão ambiente. Nesse contexto o trabalho teve como objetivo a oxidação direta de metano a metanol sobre zeólitas Y e mordenita incorporadas com oxo-cátions de cobre, analisando a influência da estrutura e das condições de ativação na formação, natureza e atividade dessas espécies, assim como as de reação com o metano. As Cu-zeólitas ativadas, foram caracterizadas por espectroscopia de raios X por dispersão de energia, difratometria de raios X, fisissorção de nitrogênio, microscopia eletrônica de varredura, redução com hidrogênio e metano à temperatura programada e espectroscopia na região do infravermelho por transformada de Fourier no modo de transmissão in situ. Para determinar as espécies ativas geradas na ativação e seu posterior consumo na etapa de reação, sob condições isotérmicas, análises de espectroscopia na região do ultravioleta visível por reflectância difusa foram realizadas in situ no decorrer dessas etapas. Todas as Cu-zeólitas estudadas foram capazes de converter metano em metanol. A distinção entre o perfil de atividade zeólita Y e mordenita foi associado à natureza das espécies ativas de cobre formadas e à temperatura de reatividade dessas espécies com o metano. Os espectros DRS-UV-Vis in situ, evidenciaram em ambas Cu-zeólitas bandas relacionadas a espécies ativas de cobre de natureza dimérica e trimérica e, para a zeólita mordenita, foi observada também, a formação de espécies de cobre ativas de natureza monoméricas. | |
| dc.description.sponsorship | Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) | |
| dc.description.sponsorshipId | Processo n° 142393/2019-3 | |
| dc.identifier.citation | PICININI, Monize. Oxidação direta de metano em metanol sobre cátions [oxo-Cu2+] em zeólitas Y e mordenita – Efeito da temperatura aplicada aos ciclos isotérmicos de ativação e reação. 2023. Tese (Doutorado em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2023. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/22102. | por |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/20.500.14289/22102 | |
| dc.language.iso | por | |
| dc.publisher | Universidade Federal de São Carlos | |
| dc.publisher.address | Campus São Carlos | |
| dc.publisher.initials | UFSCar | |
| dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQ | |
| dc.rights | Attribution-NoDerivs 3.0 Brazil | en |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/ | |
| dc.subject | Metano | |
| dc.subject | Metanol | |
| dc.subject | Processo isotérmico | |
| dc.subject | Zeólita Y | |
| dc.subject | Mordenita | |
| dc.subject | Cu-oxocátions | |
| dc.subject | DRS-UV-Vis in situ | |
| dc.subject | Methane | eng |
| dc.subject | Methanol | eng |
| dc.subject | Isothermal process | eng |
| dc.subject | Zeolite Y | eng |
| dc.subject | Mordenite | eng |
| dc.subject.cnpq | ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA | |
| dc.subject.cnpq | ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA | |
| dc.title | Oxidação direta de metano em metanol sobre cátions [oxo-Cu2+] em zeólitas Y e mordenita – Efeito da temperatura aplicada aos ciclos isotérmicos de ativação e reação | |
| dc.title.alternative | Direct oxidation of methane to methanol over [oxo-Cu₂⁺] cations in Y and mordenite zeolites – Effect of the temperature applied to the isothermal activation and reaction cycles | eng |
| dc.type | Tese |
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