Estruturas metalorgânicas como catalisadores para hidrogenação do CO2
| dc.contributor.advisor-co1 | Gomes, Janaina Fernandes | |
| dc.contributor.advisor-co1Lattes | http://lattes.cnpq.br/6718634914051168 | por |
| dc.contributor.advisor-co1orcid | https://orcid.org/0000-0002-9542-8944 | por |
| dc.contributor.advisor1 | Assaf, José Mansur | |
| dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/9563312407691130 | por |
| dc.contributor.advisor1orcid | https://orcid.org/0000-0002-8112-7788 | por |
| dc.contributor.author | Paula, Luana do Nascimento Rocha de | |
| dc.contributor.authorlattes | http://lattes.cnpq.br/1349212085460836 | por |
| dc.contributor.authororcid | https://orcid.org/0000-0002-7950-1128 | por |
| dc.date.accessioned | 2024-11-22T12:23:54Z | |
| dc.date.available | 2024-11-22T12:23:54Z | |
| dc.date.issued | 2024-04-11 | |
| dc.description.abstract | The hydrogenation of CO2 to commercially relevant products such as alcohol, coupled with the use of renewable energy, can curb indiscriminate emissions of this gas, and reduce dependence on fossil resources. Due to their excellent performance, copper catalysts have been extensively investigated for CO2 hydrogenation. However, this reaction presents challenges regarding product selectivity, catalyst stability, and the use of non-fossil co-reactants. Thus, MOFs can be used as supports for Cu catalysts and have the potential to address some of these gaps, as they can generate interfaces that protect active sites, preventing deactivation and stabilizing intermediates in the reaction, thereby enhancing the selectivity of desired products. Moreover, using water as a co-reactant in the CO2 hydrogenation reaction allows for the use of a clean hydrogen source. Based on this, this work aims to synthesize Cu/UiO-67 for application in CO2 hydrogenation, using water steam and H2 as co-reactants. The impact of precursors and copper loading, the influence of the metal center, the addition of promoters, and the synthesis method of these materials were evaluated in reactions between CO2 and H2, always aiming for the best catalytic performance concerning ethanol production at atmospheric pressure. In a second stage, reactions between CO2 and water steam were conducted to optimize reaction parameters and identify the influence of oxidized species on alcohol formation. Through XRD, SEM, TEM, FTIR-ATR, TGA, N2 physisorption, TPD-CO2 and H2-TPR, it was possible to study, respectively, the crystalline structure, morphology, characteristic bands of these materials, thermal stability, textural properties, basicity, and reducibility profile of the materials. From the hydrogenation of CO2 using water vapor or H2, the formation of alcohols was observed in all investigated catalysts. Based on the studies conducted, it was possible to conclude that catalysts with a Zr metal center and potassium addition showed better performance, especially K-Cu/UiO-67, which achieved a productivity of 102 µmolEtOH.h-1.gCu- 1, a 32% increase compared to the unpromoted catalyst. This behavior may be associated with the increase in basic sites capable of improving CO2 stabilization on the catalyst surface. The use of water enabled an increase in methanol productivity at low temperatures, and with the variation of the activation temperature, there was a continuous increase in ethanol productivity reaching 18.2 µmolEtOH.h-1.gCu-1 at Tactivation=260°C, with Treaction=180°C and a H2O/CO2 molar ratio of 1, indicating a positive influence of oxidized species such as Cu+ in alcohol formation. | eng |
| dc.description.resumo | A hidrogenação de CO2 a produtos de interesse comercial, como álcoois, atrelada ao uso de energia renovável, pode frear emissões indiscriminadas desse gás e reduzir a dependência de recursos fósseis. Devido ao seu bom desempenho, catalisadores de cobre têm sido extensivamente investigados para hidrogenação de CO2. No entanto, essa reação apresenta desafios quanto à seletividade aos produtos, estabilidade do catalisador e uso de correagente de fonte não-fóssil. Logo, as MOFs podem ser usadas como suporte para catalisadores de Cu e têm potencial para preencher algumas dessas lacunas, uma vez que podem gerar interfaces que permitam proteger sítios ativos, evitando desativação bem como estabilizar intermediários na reação, elevando a seletividade de produtos de interesse. Ademais, o uso da água como correagente na reação de hidrogenação de CO2 permite usar uma fonte limpa de hidrogênio. Baseado nisso, esse trabalho visa a síntese da Cu/UiO-67 para a aplicação na hidrogenação de CO2, usando vapor d’água e H2 como correagentes. Foram avaliados impacto de precursores e carga de cobre, influência do centro metálico, adição de promotor e método de síntese desses materiais em reações entre CO2 e H2 visando sempre o melhor desempenho catalítico em relação à produção de etanol, em pressão atmosférica. Em um segundo momento, reações entre CO2 e vapor d'água foram realizadas buscando otimizar parâmetros reacionais e identificar a influência de espécies oxidadas na formação de álcoois. Usando DRX, MEV, MET, FTIR-ATR, ATG, fisissorção de N2, DTP-CO2 e RTP-H2 foi possível estudar, respectivamente, a estrutura cristalina, morfologia, bandas características desses materiais, estabilidade térmica, propriedades texturais, basicidade e o perfil de redutibilidade dos materiais. A partir da hidrogenação de CO2 usando vapor d´água ou H2 foi possível verificar a formação de álcoois em todos os catalisadores investigados. A partir dos estudos realizados foi possível concluir que os catalisadores com centro metálico de Zr e adição de potássio apresentaram melhor desempenho, em especial K-Cu/UiO-67, que atingiu uma produtividade de 102 µmolEtOH.h-1.gCu-1, um acréscimo de 32% em relação ao catalisador não-promovido. Esse comportamento pode estar associado ao aumento de sítios básicos capazes de melhorar a estabilização de CO2 na superfície do catalisador. O uso da água possibilitou o aumento da produtividade de metanol em baixas temperaturas e a partir da variação da temperatura de ativação, houve um contínuo aumento da produtividade de etanol atingindo 18,2 µmolEtOH.h-1.gCu-1 em Tativação=260°C, com Treação=180 °C e razão molar H2O/CO2=1, permitindo ter indícios de influência positiva de espécies oxidadas, como Cu+, na formação de álcoois. | por |
| dc.description.sponsorship | Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP) | por |
| dc.description.sponsorshipId | PRH-ANP, suportado com recursos provenientes do investimento de empresas petrolíferas na Cláusula de PD&I da Resolução ANP nº 918/2023 (PRH 39.1- Referente ao EDITAL Nº1/2018/PRH-ANP).” | por |
| dc.description.sponsorshipId | Projeto FINEP 01.19.0230.00 | por |
| dc.identifier.citation | PAULA, Luana do Nascimento Rocha de. Estruturas metalorgânicas como catalisadores para hidrogenação do CO2. 2024. Tese (Doutorado em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2024. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/21046. | * |
| dc.identifier.uri | https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/21046 | |
| dc.language.iso | por | por |
| dc.publisher | Universidade Federal de São Carlos | por |
| dc.publisher.address | Câmpus São Carlos | por |
| dc.publisher.initials | UFSCar | por |
| dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQ | por |
| dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil | * |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ | * |
| dc.subject | CO2 Hydrogenation to ethanol | eng |
| dc.subject | UiO-67 | eng |
| dc.subject | water steam as co-agent | eng |
| dc.subject.cnpq | ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA | por |
| dc.subject.cnpq | ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::TECNOLOGIA QUIMICA | por |
| dc.subject.cnpq | ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA | por |
| dc.title | Estruturas metalorgânicas como catalisadores para hidrogenação do CO2 | por |
| dc.title.alternative | Metal-organic frameworks as catalysts to CO2 hydrogenation | eng |
| dc.type | Tese | por |
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