Síntese das membranas zeolíticas (NaA e SAPO-34 suportadas em alfa-Alumina) e membranas MOF (ZIF-8/alfa-Alumina) visando aplicação preditiva na síntese do metanol via hidrogenação do CO2.

• Autor(a) principal: BARBOSA, Tellys Lins Almeida.
• Data de Publicação: 2019
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFCG
• Texto Completo: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/8888
• topic: Metanol; Pervaporação; Zeólitas NaA e SAPO-34; Membranas Zeolíticas; MOFs; Estrutura de Imidazolato Zeolítico – 8; Membranas ZIF-8; Methanol; Pervaporation; Zeolites NaA and SAPO-34; Zeolite Membranes; Zeolite Imidazolate Structure - 8; ZIF-8 Membranes; Engenharia Química

As membranas zeolíticas e membranas de estruturas metalorgânicas (MOF) têm sido amplamente propostas como promissoras para aplicações de separação de gases e pervaporação, tecnologias que substituirão de forma mais eficiente processos como destilação. A síntese de metanol recebeu melhorias contínuas por quase um século, pois representa a matéria-prima para a produção de uma gama de outros produtos químicos e solventes, incluindo formaldeído e éter metil butílico e no contexto do Brasil a produção de biocombustíveis. Esta pesquisa tem por objetivo produzir diferentes materiais: suporte cerâmico alfa-Alumina, zeólita NaA e membrana zeolítica NaA, zeólita SAPO-34 e membrana zeolítica SAPO-34, estrutura metalorgânica ZIF-8 e membrana ZIF-8. Este trabalho foi realizado em 4 etapas, na primeira etapa foram preparados suportes cerâmicos alfa-Alumina por compactação uniaxial a seco, sinterização a 1300 °C por 2 horas, polidos e submetidos a técnicas de caracterização, difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia de força atômica (MFA), espectroscopia de Fluorescência de raios X por Energia Dispersiva (FRX-ED), Porosimetria pelo método de intrusão de mercúrio, resistência mecânica, teste do ângulo de contato e método do ponto de bolha. Estes suportes foram utilizados na preparação das membranas zeolíticas e ZIFs. Na segunda etapa foram preparadas zeólitas NaA e membranas zeolíticas por síntese hidrotérmica a 100 ºC durante 4 horas, os parâmetros temperatura e tempo de síntese foram fixados para avaliar como as fontes de sílica, tais como, metassilicato de sódio pentahidratado, Aerosil 380, sílica coloidal e TEOS influenciaram na obtenção dos produtos. Na terceira etapa foram preparadas zeólitas SAPO-34 e membranas zeolíticas por síntese hidrotérmica na seguinte ordem 38 ºC por 24 horas e seguido por 200 ºC durante 24 horas. Os parâmetros temperatura e tempo de síntese foram fixados para avaliar como as fontes de sílica, tais como, Aerosil 380, sílica coloidal e TEOS influenciaram na obtenção dos produtos. Os produtos das sínteses destes materiais (NaA e SAPO-34) foram submetidos as técnicas de caracterização: DRX, MEV e FRX-ED. Na quarta etapa foram preparadas estruturas metalorgânicas ZIF-8 e membranas por sínteses sovoltérmicas a partir de dois métodos de síntese distintos e foi investigada a influência do método de síntese na obtenção dos produtos. O ZIF-8 e membrana ZIF-8 foram sintetizados a temperatura de 25 ºC, na qual os precursores nitrato de zinco hexahidrato e o 2-metilimidazólio foram utilizados, no entanto, a principal diferença dos dois métodos foram os solventes utilizados. No método 1, o solvente utilizado foi a mistura de metanol e água e o tempo de reação 2 horas, no método 2 o solvente utilizado foi metanol puro e o tempo de reação utilizado foi de 1 hora. Os produtos obtidos (ZIF 8.1 e ZIF-8.2) foram caracterizados por DRX, MEV, adsorção física de N2, análise termogravimétrica, espectroscopia na região do infravermelho (IV) e análise elementar CHN. Baseado nas técnicas de caracterização utilizadas para estudar as propriedades do suporte cerâmico alfa-Alumina, ficou comprovado que a produção dele foi satisfatória. Concluiu-se que o metassilicato de sódio pentahidratado exibiu maior cristalinidade e formação de cristais perfeitos frente as demais fontes de sílica para a síntese da zeólita e membrana zeolítica NaA. As membranas zeolíticas NaA/alfa-alumina apresentaram uma distribuição homogênea e uniforme dos cristais zeolíticos correspondentes à fase NaA livres de defeitos e sem fissuras, confirmando a formação da estrutura da membrana zeolítica. Foi comprovado que a melhor fonte de sílica, dentre as estudadas, na síntese da zeólita e membrana zeolítica SAPO-34 foi a sílica Aerosil 380. As membranas zeolíticas SAPO-34/alfa-alumina apresentaram uma distribuição homogênea e uniforme dos cristais zeolíticos correspondentes à fase SAPO-34 livres de defeitos e sem fissuras, confirmando a formação da estrutura da membrana zeolítica. A análise por DRX da estrutura metalorgânica ZIF-8 demonstrou que o material é considerado de alta cristalinidade. A formação da estrutura também foi comprovada por IV e TG. A partir dos resultados de Adsorção Física de N2, observou-se altos valores de áreas superficiais específicas (1003 e 1145 m²/g). As análises de MEV confirmaram a morfologia dos nanocristais corroborando com as demais análises de caracterização. A partir das imagens de MEV foi possível medir os tamanhos de partículas da estrutura metalorgânica ZIF-8, 140 nm para o método 1 e 47 nm para o método 2. As membranas MOFs ZIF-8/alfa-alumina apresentaram uma distribuição homogênea e uniforme dos cristais zeolíticos correspondentes à fase ZIF-8 livres de defeitos e sem fissuras, confirmando a formação da estrutura da membrana MOF. Como conclusão geral, foi possível preparar as membranas zeolíticas NaA e SAPO-34 pelo método de síntese hidrotérmica e as membranas MOFs ZIF-8 pelo método solvotérmico. Todas as membranas apresentaram alta qualidade, entretanto a membrana MOF ZIF-8 é mais promissora para ser utilizada na síntese do metanol via hidrogenação do CO2 em virtude das suas características apresentadas.