Relação entre estrutura e atividade catalítica do cobre na hidrogenação de CO2 para formação do metanol
| dc.contributor.advisor1 | Santos, João Batista Oliveira dos | |
| dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/0285313473901330 | |
| dc.contributor.author | Simionato, Arnaldo Agostinho | |
| dc.contributor.authorlattes | http://lattes.cnpq.br/2322073284273845 | |
| dc.contributor.referee | Moreira, Regina de Fátima Peralta Muniz | |
| dc.contributor.referee | Oliveira, Jéssica Ariane de | |
| dc.contributor.refereeLattes | http://lattes.cnpq.br/8521588947381085 | |
| dc.contributor.refereeLattes | http://lattes.cnpq.br/4765767150921439 | |
| dc.date.accessioned | 2026-06-18T18:50:11Z | |
| dc.date.issued | 2026-04-22 | |
| dc.description.abstract | In the context of the commitments made under the Paris Agreement to reduce greenhouse gas emissions and limit the global temperature increase to 1.5 °C above pre-industrial levels by mid-century, there is a clear need to transition current energy systems and to develop effective technologies for carbon dioxide (CO2) utilization. Among the strategies under investigation, the hydrogenation of CO2 to methanol has attracted considerable attention, both as a means of mitigating atmospheric CO2 and as a route to convert it into value-added chemicals. Methanol is a key commodity in the chemical industry, with global production exceeding 90 million tons in 2025. It is widely used as a solvent and as a feedstock for the synthesis of numerous chemical products. A variety of catalysts have been explored for methanol synthesis via CO2 hydrogenation, with copper-based systems consistently showing the most promising performance, particularly in terms of cost-effectiveness and activity. However, the relationship between catalyst structure and activity remains a matter of ongoing debate. In this work, the effect of Cu particle size on methanol synthesis was investigated. Cu/Zr-SBA-15 catalysts were prepared by the impregnation method and characterized using X-ray diffraction, nitrogen physisorption, H₂ temperature-programmed reduction, N2O decomposition and diffuse reflectance infrared Fourier transform spectroscopy (DRIFTS). These analyses confirmed the successful preparation of catalysts with a range of particle sizes, with estimated diameters between 4.1 and 35.3 nm. Catalytic testing showed that CO2 hydrogenation to methanol follows behavior consistent with a class π reaction, although only minor variations were observed across the samples. Mechanistic insights obtained from ME-PSD-DRIFTS (Modulation-Excitation Phase Sensitive Detection Diffuse Reflectance Fourier Transform Spectroscopy) suggest that either the hydrogenation of methoxy species or the desorption of methanol is the slow step in the reaction. Apparent activation energy measurements indicated values below 44 kJ/mol for all catalysts in methanol formation. Taken together, these results suggest that methanol desorption is the rate-limiting step, possibly due to its interaction with oxophilic sites associated with zirconium. | eng |
| dc.description.resumo | No contexto do compromisso assumido pelos países participantes do Acordo de Paris em reduzir a emissão de gases de efeito estufa, que visa limitar o aumento da temperatura global a um máximo de 1,5°C em relação às médias pré-industriais até a metade deste século, torna-se evidente a necessidade da mudança das matrizes energéticas atuais e do desenvolvimento de tecnologias eficazes para o uso do dióxido de carbono (CO2). Nesse sentido, diversos processos e novos materiais tem sido estudados e a hidrogenação do CO2 a metanol é uma das alternativas para mitigar os efeitos causados por esse gás na atmosfera e como uma forma de transformá-lo em substâncias de maior valor agregado. O metanol apresenta significativa importância na indústria química com mais de 90 milhões de toneladas produzidas em 2025 e com aplicações na indústria como solvente e como matéria-prima para produção de outras substâncias. Diversos catalisadores já foram investigados para sua síntese a partir da hidrogenação de CO2 e aqueles que contém cobre são os que desempenham essa função de forma mais satisfatória, destacando-se por seu custo e rendimento. A relação entre estrutura e atividade catalítica é um tema de grande interesse e apresenta resultados controversos na literatura. Portanto, o objetivo deste trabalho foi estudar o efeito do tamanho da partícula de Cu na síntese do metanol. Assim, foram preparados catalisadores de Cu/Zr-SBA-15 pelo método de impregnação e eles foram caracterizados por medidas de difração de raios X, fisissorção de nitrogênio, redução à temperatura programada com H2, decomposição de N2O e espectroscopia de refletância difusa na região do infravermelho. As caracterizações mostraram que foi possível sintetizar catalisadores com diferentes tamanhos de partículas e que seus diâmetros estimados variaram entre 4,1 e 35,3 nm. Os resultados catalíticos revelaram que o comportamento exibido pela reação de hidrogenação do CO2 para formação de metanol foi típico de uma reação classe π, embora a variação tenha sido pequena. A investigação das rotas reacionais e da dinâmica das espécies intermediárias, realizada pela técnica de ME-PSD-DRIFTS (Modulação-Excitação com Detecção Sensível à Fase aplicada à espectroscopia de reflectância difusa no infravermelho por transformada de Fourier), sugere que a hidrogenação do metóxi ou a dessorção do metanol é lenta e é a etapa limitante da reação. Estudos adicionais de energia de ativação demonstraram que a energia de ativação envolvida na formação do metanol foi menor que 44 kJ/mol para todos os catalisadores. Dessa forma, a hipótese de que a dessorção do metanol limita a taxa de reação é a mais provável e poderia estar relacionada à interação dessa substância com os sítios oxofílicos do Zr. | por |
| dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) | |
| dc.description.sponsorship | Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) | |
| dc.description.sponsorship | Outra | |
| dc.description.sponsorshipId | Código de Financiamento 001, Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - Brasil (CAPES) | |
| dc.description.sponsorshipId | Processo nº 2024/11626-2, Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Programa de Recursos Humanos da Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis 39 (PRH-ANP 39) | |
| dc.description.sponsorshipId | Processo nº 2025/18941-3, Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Programa de Recursos Humanos da Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis 39 (PRH-ANP 39) | |
| dc.identifier.citation | SIMIONATO, Arnaldo Agostinho. Relação entre estrutura e atividade catalítica do cobre na hidrogenação de CO2 para formação do metanol. 2026. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, Campus São Carlos, 2026. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/24251. | * |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/20.500.14289/24251 | |
| dc.language.iso | por | |
| dc.publisher | Universidade Federal de São Carlos | |
| dc.publisher.address | Campus São Carlos | |
| dc.publisher.center | Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia - CCET | |
| dc.publisher.initials | UFSCar | |
| dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQ | |
| dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil | en |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ | |
| dc.subject | Hidrogenação de CO2 | por |
| dc.subject | Sensibilidade à estrutura | por |
| dc.subject | Cobre | por |
| dc.subject | Zircônio | por |
| dc.subject | ME-PSD-DRIFTS | eng |
| dc.subject | CO2 hydrogenation | eng |
| dc.subject | Structure-sensitivity | eng |
| dc.subject | Copper | eng |
| dc.subject | Zirconium | eng |
| dc.subject.cnpq | ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA | |
| dc.subject.ods | 7. Energia limpa e acessível | |
| dc.subject.ods | 9. Indústria, Inovação e Infraestrutura | |
| dc.subject.ods | 12. Consumo e Produção Responsáveis | |
| dc.subject.ods | 13. Ação contra a Mudança Global do Clima | |
| dc.title | Relação entre estrutura e atividade catalítica do cobre na hidrogenação de CO2 para formação do metanol | por |
| dc.title.alternative | Relationship between the structure and catalytic activity of copper in the hydrogenation of CO2 to methanol | eng |
| dc.type | Dissertação |
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