Processos de catálise e adsorção, em fase líquida, de hidrocarbonetos poliaromáticos sobre alumino e titanossilicatos mesoporosos
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2005 |
Tipo de documento: | Tese |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC) |
Texto Completo: | http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/61315 |
Resumo: | Mesoporous materials containing aluminum and titanium were obtained by direct synthesis at room temperature, using a sol-gel method with two reaction steps (acid and alkaline hydrolysis). After solvent extraction and calcination (550 °C) the solids were labeled HMCM-41, Al-MCM-41(10), A1-MCM-41(30) and Ti-MCM-41(40). The numbers in parenthesis denotes the Si/metal molar ratio of the structure. A hexagonal mesoporous silica containing titanium, Ti-HMS(30), was also prepared, using primary dodecylamine as a template at pH 10. The total preparation time in both procedures was less than 17 h. This includes an aging phase of the synthesis liquor. The net synthesis yields were higher than 40 %, which makes this method very promising. Characterization analyses were made by infrared spectroscopy, therinogravimetry, X-Ray diffraction, textural analysis by N2 adsorption at 77K, light scaterring, XPS spectroscopy, and measurements of superficial acidity and chemical analysis (ICP, EDX). The results indicate samples with reasonable crystallinity, surface areas of 500-750 m2/g, high isomorphic substitution degree and, in certain cases, acidity (Brtinsted and Lewis) superior to a commercial Y zeolite (Si/A1 = 1,5). Catalytic studies of anthracene oxidation in liquid phase at 75 °C using tertbutylhydroperoxide as oxidant agent showed that the Ti-HMS(30) sample is much more prone to produce 9,10-anthraquinone (> 90 %) then the other mesoporous samples. This performance is directly related to parameters such as diameter and thickness of the porous wall, molar ratio Si/Ti and location, concentration and nature of the Brtinsted and Lewis acid sites. The reaction kinetics experiments show a great dependency of specific reaction rates with temperature (in the range 47-75 °C) and activation energy value of 15.2 kcal/mol. This indicates that the controlling step is either the diffusion within the pores and/or the chemical reactions on the surface. The adsorptive properties of the H-MCM-41 and aluminosilicate samples for polyaromatics hydrocarbons (naphtalene, anthracene and pyrene) were also studied at 25, 40 and 60 °C. The Langmuir and Sips isotherms correlate well the equilibrium data, indicating increasing adsorption capacity (q,n) in the following order: Al-MCM-41(10) > Al-MCM-41(30) > H-MCM-41. Such behavior suggests an adsorption process entirely explained by the interaction between the 7c-electrons of the aromatic rings and the silanol groups present on the surface. The best qm result was obtained for pyrene adsorption in AlMCM-41(10), with a value of 1.83 mmol/g. For the aluminosilicates, the adsorption capacity is slightly influenced by the amount of incorporated Al. In general, the results confirm that the synthesized materials are promising catalysts (redox and acids), catalytic supports and adsorbents. |
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Processos de catálise e adsorção, em fase líquida, de hidrocarbonetos poliaromáticos sobre alumino e titanossilicatos mesoporososMCM-41HMSAluminossilicatos mesoporososTitanossilicatos mesoporosoCatáliseOxidação do antracenoHidrocarbonetos Poliaromáticos (Np, Ant, Py)Equilíbrio de adsorçãoMesoporous materials containing aluminum and titanium were obtained by direct synthesis at room temperature, using a sol-gel method with two reaction steps (acid and alkaline hydrolysis). After solvent extraction and calcination (550 °C) the solids were labeled HMCM-41, Al-MCM-41(10), A1-MCM-41(30) and Ti-MCM-41(40). The numbers in parenthesis denotes the Si/metal molar ratio of the structure. A hexagonal mesoporous silica containing titanium, Ti-HMS(30), was also prepared, using primary dodecylamine as a template at pH 10. The total preparation time in both procedures was less than 17 h. This includes an aging phase of the synthesis liquor. The net synthesis yields were higher than 40 %, which makes this method very promising. Characterization analyses were made by infrared spectroscopy, therinogravimetry, X-Ray diffraction, textural analysis by N2 adsorption at 77K, light scaterring, XPS spectroscopy, and measurements of superficial acidity and chemical analysis (ICP, EDX). The results indicate samples with reasonable crystallinity, surface areas of 500-750 m2/g, high isomorphic substitution degree and, in certain cases, acidity (Brtinsted and Lewis) superior to a commercial Y zeolite (Si/A1 = 1,5). Catalytic studies of anthracene oxidation in liquid phase at 75 °C using tertbutylhydroperoxide as oxidant agent showed that the Ti-HMS(30) sample is much more prone to produce 9,10-anthraquinone (> 90 %) then the other mesoporous samples. This performance is directly related to parameters such as diameter and thickness of the porous wall, molar ratio Si/Ti and location, concentration and nature of the Brtinsted and Lewis acid sites. The reaction kinetics experiments show a great dependency of specific reaction rates with temperature (in the range 47-75 °C) and activation energy value of 15.2 kcal/mol. This indicates that the controlling step is either the diffusion within the pores and/or the chemical reactions on the surface. The adsorptive properties of the H-MCM-41 and aluminosilicate samples for polyaromatics hydrocarbons (naphtalene, anthracene and pyrene) were also studied at 25, 40 and 60 °C. The Langmuir and Sips isotherms correlate well the equilibrium data, indicating increasing adsorption capacity (q,n) in the following order: Al-MCM-41(10) > Al-MCM-41(30) > H-MCM-41. Such behavior suggests an adsorption process entirely explained by the interaction between the 7c-electrons of the aromatic rings and the silanol groups present on the surface. The best qm result was obtained for pyrene adsorption in AlMCM-41(10), with a value of 1.83 mmol/g. For the aluminosilicates, the adsorption capacity is slightly influenced by the amount of incorporated Al. In general, the results confirm that the synthesized materials are promising catalysts (redox and acids), catalytic supports and adsorbents.Materiais mesoporosos contendo alumínio e titânio foram obtidos por síntese direta, a temperatura ambiente, segundo um método sol-gel em duas etapas reacionais (hidrólises ácida e alcalina). Os sólidos, após extração por solvente e calcinação (550 °C), foram designados de H-MCM-41, A1-MCM-41(10), A1-MCM-41(30) e Ti-MCM-41(40). O número entre parênteses representa a razão molar SiJmetal na estrutura. Paralelamente, uma amostra de TiHMS(30) foi preparada em pH 10 usando dodecilamina primária como gabarito (direcionador estrutural). 0 tempo total de preparação em todas as sínteses foi inferior a 17 h, incluindo a fase de envelhecimento no licor de síntese. Os rendimentos globais de preparação, superiores a 40 %, podem ser considerados muito promissores para este tipo de metodologia. A caracterização por técnicas de espectroscopia no infravermelho, espectroscopia fotoeletrônica de raios-X, análise termogravimétrica, difração de raios-X, análise textural, espalhamento de luz, medidas de acidez superficial e análises químicas revelou amostras com moderada cristalinidade, áreas superficiais entre 500-750 m2/g, alto grau de substituição isomorfica e, em alguns casos, acidez superficial (Brtinsted e Lewis) superior a uma zeólita Y comercial (Si/A1 = 1,5). Estudos catalíticos para a oxidação em fase liquida do antraceno a 75 °C, usando terc-butilhidroperóxido como oxidante, mostraram que o material Ti-HMS(30) é muito mais seletivo A produção de 9,10-antraquinona (> 90 %) que as demais amostras mesoporosas. Este desempenho está diretamente relacionado a parâmetros como diâmetro de poros, espessura da parede de poros, razão molar Si/Ti e localização, concentração e natureza dos centros ácidos de Brõnsted e Lewis. Experimentos cinéticos para esta reação mostram uma grande dependência da constante de velocidade com a temperatura entre 47-75 °C e uma energia de ativação de 15,2 kcal/mol, o que supõe controle do processo relacionado a fenômenos de difusão no interior dos poros 9/ou As reações químicas na superficie. Propriedades adsortivas para os materiais H-MCM-41 e aluminossilicatos foram estudadas através de extensiva caracterização do equilíbrio de adsorção de hidrocarbonetos poliaromáticos (naftaleno, antraceno e pireno) a 25, 40 e 60 °C. As isotermas de Langrnuir e Sips correlacionaram muito bem os dados de equilíbrio, indicando capacidades de adsorção (q,n) que aumentam na ordem: Al-MCM-41(10) > A1-MCM-41(30) > H-MCM-41. Este comportamento denota uma adsorção plenamente explicada em termos das interações entre os elétrons TC dos anéis aromáticos e os grupos silanóis superficiais. 0 melhor resultado de qn, foi obtido para a adsorção de pireno em A1-MCM-41(10), correspondendo a um valor de 1,83 mmol/g. Para os alurninossilicatos, a capacidade de adsorção é apenas levemente influenciada pela quantidade de Al incorporado. Em geral, os resultados obtidos confirmam os materiais sintetizados como promissores catalisadores (redox e ácidos), suportes catalíticos e adsorventes.Cavalcante Júnior, Célio LoureiroAraújo, Rinaldo dos Santos2021-10-19T13:19:21Z2021-10-19T13:19:21Z2005info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfARAÚJO, Rinaldo dos Santos. Processos de catálise e adsorção, em fase líquida, de hidrocarbonetos poliaromáticos sobre alumino e titanossilicatos mesoporosos. 2005. 198 f. Tese (Doutorado em Química) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2005.http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/61315porreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)instname:Universidade Federal do Ceará (UFC)instacron:UFCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2021-10-19T13:19:51Zoai:repositorio.ufc.br:riufc/61315Repositório InstitucionalPUBhttp://www.repositorio.ufc.br/ri-oai/requestbu@ufc.br || repositorio@ufc.bropendoar:2024-09-11T18:49:47.256035Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC) - Universidade Federal do Ceará (UFC)false |
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Mesoporous materials containing aluminum and titanium were obtained by direct synthesis at room temperature, using a sol-gel method with two reaction steps (acid and alkaline hydrolysis). After solvent extraction and calcination (550 °C) the solids were labeled HMCM-41, Al-MCM-41(10), A1-MCM-41(30) and Ti-MCM-41(40). The numbers in parenthesis denotes the Si/metal molar ratio of the structure. A hexagonal mesoporous silica containing titanium, Ti-HMS(30), was also prepared, using primary dodecylamine as a template at pH 10. The total preparation time in both procedures was less than 17 h. This includes an aging phase of the synthesis liquor. The net synthesis yields were higher than 40 %, which makes this method very promising. Characterization analyses were made by infrared spectroscopy, therinogravimetry, X-Ray diffraction, textural analysis by N2 adsorption at 77K, light scaterring, XPS spectroscopy, and measurements of superficial acidity and chemical analysis (ICP, EDX). The results indicate samples with reasonable crystallinity, surface areas of 500-750 m2/g, high isomorphic substitution degree and, in certain cases, acidity (Brtinsted and Lewis) superior to a commercial Y zeolite (Si/A1 = 1,5). Catalytic studies of anthracene oxidation in liquid phase at 75 °C using tertbutylhydroperoxide as oxidant agent showed that the Ti-HMS(30) sample is much more prone to produce 9,10-anthraquinone (> 90 %) then the other mesoporous samples. This performance is directly related to parameters such as diameter and thickness of the porous wall, molar ratio Si/Ti and location, concentration and nature of the Brtinsted and Lewis acid sites. The reaction kinetics experiments show a great dependency of specific reaction rates with temperature (in the range 47-75 °C) and activation energy value of 15.2 kcal/mol. This indicates that the controlling step is either the diffusion within the pores and/or the chemical reactions on the surface. The adsorptive properties of the H-MCM-41 and aluminosilicate samples for polyaromatics hydrocarbons (naphtalene, anthracene and pyrene) were also studied at 25, 40 and 60 °C. The Langmuir and Sips isotherms correlate well the equilibrium data, indicating increasing adsorption capacity (q,n) in the following order: Al-MCM-41(10) > Al-MCM-41(30) > H-MCM-41. Such behavior suggests an adsorption process entirely explained by the interaction between the 7c-electrons of the aromatic rings and the silanol groups present on the surface. The best qm result was obtained for pyrene adsorption in AlMCM-41(10), with a value of 1.83 mmol/g. For the aluminosilicates, the adsorption capacity is slightly influenced by the amount of incorporated Al. In general, the results confirm that the synthesized materials are promising catalysts (redox and acids), catalytic supports and adsorbents. |
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