Estudo da adsorção de álcoois e gás de síntese em óxido de magnésio, óxido de zinco e zeólita H-ZSM-5

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Costa, Rogério José da
Data de Publicação: 2018
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UnB
Texto Completo: http://repositorio.unb.br/handle/10482/34913
Resumo: Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Química, Programa de Pós-Graduação em Química, 2018.
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spelling Estudo da adsorção de álcoois e gás de síntese em óxido de magnésio, óxido de zinco e zeólita H-ZSM-5ÓxidosZeólitasQuímica computacionalCatálise heterogêneaTese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Química, Programa de Pós-Graduação em Química, 2018.Diversas moléculas, presentes na atmosfera e em insumos ou produtos industriais, estão conectadas aos interesses ambiental e energético. Dentre eles, gases como o hidrogênio, monóxido de carbono, dióxido de carbono, água e metano estão envolvidos no gás de síntese assim como no gás d’água, ou mesmo na produção de hidrogênio, importante matriz energética. Por outro lado, álcoois podem ser uma via importante de produção industrial de gasolina, além de outras conversões importantes, como isomerizações e desidratação. Estes processos são catalisados em zeólitas, enquanto que os primeiros são catalisados em superfícies de óxidos. O estudo teórico destes sistemas pode ser feito através de métodos periódicos e através de aglomerados. O uso de aglomerados é uma técnica bastante utilizada para tratamento de sistemas como zeólitas e óxidos. Entretanto, requer diversos cuidados, principalmente relacionados ao entorno periódico do sistema estudado. Uma das formas de resolver a simulação destes sólidos por aglomerados é embeber a parte de interesse através do método híbrido ONIOM. Este método tem a capacidade de trabalhar camadas distintas de teoria no mesmo sistema, diminuindo o impacto computacional, trazendo diversas informações de relevância química destes sistemas. É importante a definição das fronteiras neste método, a sua partição, além do nível teórico a ser usado. Desta forma, este trabalho traz a avaliação em diferentes sistemas de adsorção de moléculas pequenas, H2, CO, CO2, CH4 e H2O, além de moléculas de maior número de átomos, como metanol, etanol, propanol e butanol, como adsorbatos. Foram selecionados os métodos de funcional de densidade, com os funcionais B3LYP, M06-2X, wB97X-D, na camada alta, para o sistema modelo. Também foi avaliado na camada alta o método semi-empírico PM6. Na camada baixa, foram avaliados o semi-empírico PM6 e o campo de força UFF. Foram avaliadas a energia de adsorção e a geometria do adsorbato. Tanto para os óxidos, quanto para a zeólita, foi alcançada a relaxação da superfície de interesse, utilizando sempre uma mesma abordagem, ou seja, otimizando a superfície por etapas, expandindo a região de interesse para trazer uma melhor representação do ambiente onde foi estudado o adsorbato. O método PM6 ao ser utilizado para todo o sistema mostrou uma superestimação da energia de adsorção, melhorando o comportamento com o uso do método ONIOM. No caso da zeólita, foi possível alcançar um maior leque de sistemas e métodos utilizados, devido ao melhor comportamento do sistema, devido ao caráter covalente no adsorvente. Ao total, os estudos apresentam um protocolo consolidado para o estudo de adsorção em sólidos e zeólitas. Permitindo no futuro, tratar os mecanismos envolvidos.Several molecules, present in the atmosphere and in industrial inputs and products, are of interest to the environmental and energetic impacts. Among the gases, such as hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, water and methane, they are involved in the synthesis gas as well as in the water gas shift process, or even in the production of hydrogen, an important part of energy matrix. On the other hand, alcohols can be an important gasoline production industry, in addition to other important ones such as isomerization and dehydration process. These processes are catalyzed on zeolites, while the former are catalyzed on oxide surfaces. The theoretical study of the systems can be done through periodic methods and through clusters. The use of cluster is a technique widely used for the treatment of systems such as zeolites and oxides. However, it must be taken into account the periodic environment of the system studied. The ways to solve a surface by using clusters is carried out through the ONIOM hybrid method. This method has the main goal of working different levels of accuracy in the same system, reducing the computational impact, bringing important knowledge of the studied system. It is important to define the boundary conditions for this level, the partitioning, in addition to the theoretical level to use for each layer. Thus, this work brings an evaluation of different adsorption systems of small molecules, i.e., H2, CO, CO2, CH4 and H2O, as well as molecules with higher number of atoms, such as methanol, ethanol, propanol and butanol, as adsorbates. DFT methods, with B3LYP, M06-2X, wB97X-D functionals, were selected for the higher layer for the model system. The semi-empirical PM6 was also used for the high and low layers, and UFF for the low layer. The adsorption energy and adsorbate geometry were evaluated. For both the oxides and the zeolites, the relaxation of the surface of interest was achieved, always using the same procedure, either by optimizing a surface by stages, expanding a region of interest to bring a better representation of the environment where the adsorbate was studied . The PM6 method is used for the complete system, and the results are overestimated for the adsorption energy, however the use of the ONIOM method has enhanced the theoretical accuracy. In the case of zeolite, it was possible to access a greater number of systems and methods used, due to the behavior of the system and to the covalent character in the adsorbent. In total, the studies have a consolidated protocol for the study of adsorption in solids and zeolites. Allowing in the future, treat the mechanisms involved.Martins, João Batista LopesCastro, Elton Anderson Santos deCosta, Rogério José da2019-06-18T17:24:14Z2019-06-18T17:24:14Z2019-06-182018-12-10info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfCOSTA, Rogério José da. Estudo da adsorção de álcoois e gás de síntese em óxido de magnésio, óxido de zinco e zeólita H-ZSM-5. 2018. 139 f., il. Tese (Doutorado em Química)—Universidade de Brasília, Brasília, 2018.http://repositorio.unb.br/handle/10482/34913A concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNB2023-07-11T00:38:54Zoai:repositorio.unb.br:10482/34913Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestrepositorio@unb.bropendoar:2023-07-11T00:38:54Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
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