Estudo dos efeitos de estratégias de manipulação química e estrutural em catalisadores heterogêneos aplicados à hidrogenação de CO2 a metanol

• Autor(a) principal: Rossi, Marco Aurélio de Lima Silva
• Data de Publicação: 2021
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/75/75134/tde-31052021-093636/
• topic: carbon dioxide; catálise heterogênea; core-shell; core-shell; dióxido de carbono; dopagem; doping; heterogeneous catalysis; índio; indium; metanol; methanol

Atualmente, fatores como o crescimento populacional, o uso indiscriminado da água e a contaminação de suas fontes e reservatórios levam à necessidade de ações que promovam o manejo sustentável desse recurso através do uso consciente, do tratamento e da sua reutilização. Apesar da alta eficiência dos sistemas de tratamento moderno, alguns aspectos ainda podem ser melhorados como a destinação adequada do CO2 gerado na etapa de degradação anaeróbia de contaminantes orgânicos, uma vez que este é o principal gás causador do efeito-estufa, cujas altas concentrações atmosféricas têm levado a mudanças climáticas significativas. Dentre as possibilidades para esse fim, uma das estratégias mais promissoras envolve a conversão desse composto em moléculas de alto valor agregado, como o metanol, através de reações de hidrogenação por meio do uso de catalisadores heterogêneos. Neste contexto, o presente trabalho tem como objetivo a aplicação de estratégias de manipulação da natureza química e estrutural de catalisadores baseados em cobre e zircônia ou céria buscando melhorias no desempenho catalítico por eles apresentados. Na primeira etapa, foram estudados os efeitos da modificação destes materiais com átomos de índio. Como resultado, foi verificado um aumento considerável na seletividade ao metanol devido a atuação dos átomos de índio sobre as energias de adsorção de certas moléculas e de ativação para etapas específicas de hidrogenação de intermediários que são, em geral, muito altas inviabilizando a produção do metanol. Além disso, a maior basicidade desses materiais devido a vacâncias de átomos de oxigênio se mostrou também importante. Na segunda etapa, foram estudados os efeitos da estratégia de encapsulamento dos catalisadores por revestimento poroso de sílica. Foi observado que os materiais do tipo \"core-shell\" apresentaram desempenho notavelmente superior aos demais catalisadores em virtude da eficiência dos revestimentos de sílica em minimizar a sinterização das partículas durante as etapas de tratamento térmico e etapas reacionais ocorrentes em temperaturas elevadas. Além dos efeitos advindos da presença de átomos de índio, as pequenas dimensões e alta homogeneidade das partículas obtidas possibilitaram uma maior basicidade que se refletiu em alta seletividade ao metanol mesmo nas maiores temperaturas. Além disso, a alta dispersão e área metálica das partículas de cobre levaram a maiores conversões que resultaram em valores significativos de produtividade ao metanol em todas as faixas de temperatura testadas