Síntese de fotocatalisadores em diferentes estruturas zeolíticas e mesoporosas e suas aplicações na fotorredução catalítica de CO2

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Yassue-Cordeiro, Patricia Hissae
Data de Publicação: 2018
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da Universidade Estadual de Maringá (RI-UEM)
Texto Completo: http://repositorio.uem.br:8080/jspui/handle/1/7141
Resumo: Orientadora: Prof.ª Dr.ª Nádia Regina Camargo Fernandes
id UEM-10_6be0237f115f7b9bfe4a1f480edacba6
oai_identifier_str oai:localhost:1/7141
network_acronym_str UEM-10
network_name_str Repositório Institucional da Universidade Estadual de Maringá (RI-UEM)
repository_id_str
spelling Síntese de fotocatalisadores em diferentes estruturas zeolíticas e mesoporosas e suas aplicações na fotorredução catalítica de CO2CatáliseFotorreduçãoTitânioPeneira molecularZeólitas660.2995EngenhariasEngenharia QuímicaOrientadora: Prof.ª Dr.ª Nádia Regina Camargo FernandesCoorientador: Prof. Dr. Marcelino Luiz GimenesTese (doutorado em Engenharia Química) - Universidade Estadual de Maringá, 2018A tecnologia de fotorredução do CO2 é uma alternativa que busca consumir o excesso de CO2 lançado na atmosfera diariamente e produzir combustíveis renováveis como o H2, CO e CH4 a partir da combinação de CO2 e H2O, catalisador e luz. Nesse sentido, essa tecnologia busca resolver dois problemas mundiais: escassez de energia química e aumento da concentração de CO2. Assim, o objetivo deste trabalho foi sintetizar catalisadores de TiO2 suportado em sistemas zeolíticos microporosos e peneiras moleculares mesoporosas a fim de contribuir para a tecnologia de redução fotocatalítica de CO2 em produtos de alto valor energético. Dessa forma, a primeira etapa do trabalho foi projeto e montagem de um reator cilíndrico de aço inoxidável batelada equipado com um tubo de quartzo mergulhado no meio reacional, encamisado, com termopar para controle de temperatura, manômetro, sistemas de injeção de CO2 e sistemas de amostragens líquidas e gasosas. Na segunda etapa do trabalho foram avaliadas três metodologias de incorporação de titânio (impregnação com refluxo de solvente, sol-gel e deposição de TiO2 comercial). Verificou-se que apesar de características físico-químicas muito distintas, com exceção da energia de band gap, as metodologias de impregnação com refluxo de solvente e deposição de TiO2 comercial apresentaram atividades de redução de molécula modelo semelhantes. Após escolhido o método de incorporação de titânio (impregnação com refluxo de solvente), foi avaliada a influência do tipo de suporte microporoso (NaY, NaA, NaX, USY e ZSM-5) e mesoporoso (MCM-41, SBA-15 e KIT-6) na síntese de fotocatalisadores. Para tanto, os fotocatalisadores foram avaliados frente à fotodescoloração in situ de molécula modelo (alaranjado de metila) utilizando como fonte de radiação um LED-UV (254 nm; 5 W). Os melhores resultados foram obtidos utilizando TiNaY, TiZSM-5 e TiMCM-41. Estes fotocatalisadores foram utilizados na reação de fotorredução catalítica do CO2 para confirmação de sua atividade fotocatalítica. TiZSM-5 foi o catalisador que apresentou a maior atividade devido às suas características físico-químicas mais adequadas (eficiência na separação elétron-lacuna, baixa energia de band gap e elevada área superficial). Para avaliar a influência da incorporação de diferentes cocatalisadores metálicos (Co, Cu, Ag, Zr, Pd e Mg), estes foram incorporados em TiZSM-5. Verificou-se que o catalisador com paládio (PdTiZ) foi aquele que apresentou a maior produção de H2 e de CH4 devido ao metal proporcionar uma boa separação elétron-lacuna, elevada área superficial e baixa energia de band gap. Por fim, os efeitos das variáveis operacionais foram avaliados simultaneamente utilizando um planejamento de experimentos completo a dois níveis para duas variáveis com réplicas no ponto central para obtenção de um modelo empírico, e, consequentemente, perfis de comportamento, da velocidade de produção de H2, CO e CH4 em função da concentração de bicarbonato de sódio (reagente de sacrifício) e temperatura do meio reacional. Os melhores resultados obtidos na fotorredução foram utilizando uma solução aquosa de 0,3 mol/L de bicarbonato de sódio e temperatura de reação de 50°C. Foi alcançada taxa de produção de 1,2747 ?mol/gcat.h de H2, 0,0044 ?mol/gcat.h de CO e 0,0216 ?mol/gcat.h de CH4 após 72 h de exposição do meio à radiação UVCO2 photoreduction technology is an alternative that seeks to consume the excess daily released CO2 into the atmosphere and produce renewable fuels like H2, CO and CH4 from the combination of CO2 and H2O, catalyst and light. Thus, this technology seeks to solve two world problems: shortage of chemical energy and increase of CO2 concentration in the atmosphere. Thus, the aim of this thesis is to contribute to the development of the technology of photocatalytic reduction of CO2 in products with high energy value. Thus, the first step of the work was the design and assembly of a cylindrical batch reactor made of stainless steel equipped with a quartz tube immersed in the reaction medium, jacketed and with thermocouple for temperature control, manometer, and systems for CO2 injection and liquid and gaseous sampling. In the second stage of the work three methodologies of titanium incorporation (impregnation with solvent reflux, sol-gel and deposition of TiO2) were evaluated. It was found that, despite very different physicochemical characteristics, with the exception of band gap energy, the solvent reflux impregnation methodologies and deposition of commercial TiO2 presented similar reduction activities of model molecule. The influence of the type of microporous support (NaY, NaA, NaX, USY and ZSM-5) and mesoporous support (MCM-41, SBA-15 and KIT-6) in the synthesis of photocatalysts were evaluated after the titanium incorporation (solvent reflux impregnation). In the model molecule (methyl orange) photodegration the photocatalysts were evaluated using a UV-LED as radiation source. The best results were obtained using TiNaY, TiZSM-5 and TiMCM-41. These photocatalysts were used in the CO2 catalytic photoreaction reaction to confirm its photocatalytic activity. TiZSM-5 catalyst presented the highest activity due to its most appropriate physical-chemical characteristics (efficiency in the electron-gap separation, low band gap energy, high surface area). In order to evaluate the influence of the incorporation of different metal doping agents (Co, Cu, Ag, Zr, Pd and Mg) these were incorporated into TiZSM-5. It was found that the palladium doped catalyst (PdTiZ) was the one with the highest H2 and CH4 production due to the palladium to provide a good electron-gap separation, high surface area and low band gap energy. Finally, the effects of the operational variables were evaluated simultaneously using a 2² factorial experiment planning to obtain an empirical model, and, consequently, behavioral profiles of the production rate of H2, CO and CH4 as a function of the sodium bicarbonate concentration (sacrifice reagent) and reactional medium temperature. The best results were obtained using an aqueous solution of 0.3 mol/L sodium bicarbonate and a reaction temperature of 50 °C. A production rate of 1.2747 ?mol/gcat.h of H2, 0.0044 ?mol/gcat.h of CO and 0.0216 ?mol/gcat.h of CH4 were obtained after 72 h exposure to UV radiation154 f. : il. (algumas col.).Universidade Estadual de MaringáDepartamento de Engenharia QuímicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia QuímicaMaringá, PRCentro de TecnologiaFernandes, Nádia Regina CamargoGimenes, Marcelino LuizSilva, Classius Ferreira daMarques, Rubiane GanascimScaliante, Mara Heloisa Neves OlsenCalsavara, ValmirYassue-Cordeiro, Patricia Hissae2023-04-11T22:50:24Z2023-04-11T22:50:24Z2018info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfYASSUE-CORDEIRO, Patricia Hissae. Síntese de fotocatalisadores em diferentes estruturas zeolíticas e mesoporosas e suas aplicações na fotorredução catalítica de CO2. 2018. 154 f. Tese (doutorado em Engenharia Química) - Universidade Estadual de Maringá, 2018, Maringá, PR.http://repositorio.uem.br:8080/jspui/handle/1/7141info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da Universidade Estadual de Maringá (RI-UEM)instname:Universidade Estadual de Maringá (UEM)instacron:UEM2024-08-21T17:29:13Zoai:localhost:1/7141Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.uem.br:8080/oai/requestopendoar:2024-08-21T17:29:13Repositório Institucional da Universidade Estadual de Maringá (RI-UEM) - Universidade Estadual de Maringá (UEM)false
dc.title.none.fl_str_mv Síntese de fotocatalisadores em diferentes estruturas zeolíticas e mesoporosas e suas aplicações na fotorredução catalítica de CO2
title Síntese de fotocatalisadores em diferentes estruturas zeolíticas e mesoporosas e suas aplicações na fotorredução catalítica de CO2
spellingShingle Síntese de fotocatalisadores em diferentes estruturas zeolíticas e mesoporosas e suas aplicações na fotorredução catalítica de CO2
Yassue-Cordeiro, Patricia Hissae
Catálise
Fotorredução
Titânio
Peneira molecular
Zeólitas
660.2995
Engenharias
Engenharia Química
title_short Síntese de fotocatalisadores em diferentes estruturas zeolíticas e mesoporosas e suas aplicações na fotorredução catalítica de CO2
title_full Síntese de fotocatalisadores em diferentes estruturas zeolíticas e mesoporosas e suas aplicações na fotorredução catalítica de CO2
title_fullStr Síntese de fotocatalisadores em diferentes estruturas zeolíticas e mesoporosas e suas aplicações na fotorredução catalítica de CO2
title_full_unstemmed Síntese de fotocatalisadores em diferentes estruturas zeolíticas e mesoporosas e suas aplicações na fotorredução catalítica de CO2
title_sort Síntese de fotocatalisadores em diferentes estruturas zeolíticas e mesoporosas e suas aplicações na fotorredução catalítica de CO2
author Yassue-Cordeiro, Patricia Hissae
author_facet Yassue-Cordeiro, Patricia Hissae
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Fernandes, Nádia Regina Camargo
Gimenes, Marcelino Luiz
Silva, Classius Ferreira da
Marques, Rubiane Ganascim
Scaliante, Mara Heloisa Neves Olsen
Calsavara, Valmir
dc.contributor.author.fl_str_mv Yassue-Cordeiro, Patricia Hissae
dc.subject.por.fl_str_mv Catálise
Fotorredução
Titânio
Peneira molecular
Zeólitas
660.2995
Engenharias
Engenharia Química
topic Catálise
Fotorredução
Titânio
Peneira molecular
Zeólitas
660.2995
Engenharias
Engenharia Química
description Orientadora: Prof.ª Dr.ª Nádia Regina Camargo Fernandes
publishDate 2018
dc.date.none.fl_str_mv 2018
2023-04-11T22:50:24Z
2023-04-11T22:50:24Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv YASSUE-CORDEIRO, Patricia Hissae. Síntese de fotocatalisadores em diferentes estruturas zeolíticas e mesoporosas e suas aplicações na fotorredução catalítica de CO2. 2018. 154 f. Tese (doutorado em Engenharia Química) - Universidade Estadual de Maringá, 2018, Maringá, PR.
http://repositorio.uem.br:8080/jspui/handle/1/7141
identifier_str_mv YASSUE-CORDEIRO, Patricia Hissae. Síntese de fotocatalisadores em diferentes estruturas zeolíticas e mesoporosas e suas aplicações na fotorredução catalítica de CO2. 2018. 154 f. Tese (doutorado em Engenharia Química) - Universidade Estadual de Maringá, 2018, Maringá, PR.
url http://repositorio.uem.br:8080/jspui/handle/1/7141
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Estadual de Maringá
Departamento de Engenharia Química
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
Maringá, PR
Centro de Tecnologia
publisher.none.fl_str_mv Universidade Estadual de Maringá
Departamento de Engenharia Química
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
Maringá, PR
Centro de Tecnologia
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da Universidade Estadual de Maringá (RI-UEM)
instname:Universidade Estadual de Maringá (UEM)
instacron:UEM
instname_str Universidade Estadual de Maringá (UEM)
instacron_str UEM
institution UEM
reponame_str Repositório Institucional da Universidade Estadual de Maringá (RI-UEM)
collection Repositório Institucional da Universidade Estadual de Maringá (RI-UEM)
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da Universidade Estadual de Maringá (RI-UEM) - Universidade Estadual de Maringá (UEM)
repository.mail.fl_str_mv
_version_ 1813258626085683200

Registros relacionados