Influência da dessilicação de zeólitos na pirólise catalítica do polietileno

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Química e Bioquímica

Modificação de estruturas zeolíticas por dessilicação: caracterização da porosidade e da acidez por técnicas de adsorção e catálise

Este trabalho experimental teve como objectivo a dessilicação dos zeólitos MOR, BEA, MFI e FER de acordo com condições experimentais descritas na literatura e ainda a optimização das condições de dessilicação para o zeólito MOR, onde se variaram os parâmetros: temperatura, tempo e concentração de solução de NaOH. As amostras foram caracterizadas recorrendo a técnicas de caracterização estrutural, morfológica, textural e de acidez, nomeadamente difracção de raios X, microscopia electrónica de varrimento, adsorção de azoto a baixa temperatura, espectroscopia de infravermelho, “cracking” do n-heptano e adsorção de piridina seguida de espectroscopia de infravermelho. Nas estruturas dessilicadas, de acordo com a literatura registaram-se diferenças relativamente aos resultados publicados, o que pode dever-se às diferentes características dos materiais estudados, nomedamente a razão Si/Al e o tamanho dos cristais. Verificou-se assim que o desenvolvimento de mesoporosidade é fortemente influenciado pelas propriedades dos materiais de partida. No estudo de optimização das condições de dessilicação para a estrutura MOR, verificou-se que a amostra que conduziu a melhores resultados de propriedades texturais, estruturais, morfológicas e de acidez foi a amostra sujeita a tratamento alcalino com uma solução de NaOH com uma concentração de 0,2 M, à temperatura de 85 ºC durante 2 horas. O tratamento alcalino resultou no desenvolvimento de mesoporosidade, evidenciado pelo aumento de número de moles adsorvidas a pressões relativas elevadas e também devido à presença de uma forma de histerese do tipo H4. A extracção de sílicio da rede do zeólito através do tratamento alcalino foi alcançado. Este facto pode ser comprovado através da análise dos espectros de infravermelho, concretamente através da análise da região correspondente às bandas estruturais, verificando-se um desvio de banda correspondente ao estiramento assimétrico das ligações T-O-T, sensivelmente a 1090 cm-1, para valores menores. Por fim, procedeu-se à realização do tratamento alcalino com recurso à radiação microondas, tendo-se obtido resultados idênticos aos de algumas amostras cuja dessilicação foi realizada convencionalmente, mas num tempo de tratamento inferior.

Cracking catalítico de resíduos plásticos

No presente trabalho foram realizadas análises à degradação térmica e catalítica do polietileno de alta densidade (PEAD), de resíduos plásticos de cabos eléctricos e do hidrocarboneto n-C50. Analisou-se, ainda, a influência do n-C50 na degradação catalítica dos resíduos de cabos eléctricos, variando as proporções da mistura cabos/C50. Para isso, usaram-se simultaneamente as técnicas de Termogravimetria (TGA) e Calorimetria Diferencial de Varrimento (DSC), sob atmosfera inerte. No estudo em causa utilizou-se o zeólito ZSM-5 como catalisador de partida. Posteriormente submeteu-se o zeólito a tratamentos de dessilicação, variando a concentração da solução básica empregue durante o tratamento alcalino. Procedeu-se à caracterização textural dos zeólitos através da adsorção de azoto, e à caracterização da acidez pela técnica de termodessorção a temperatura programada. Averiguou-se o efeito da dessilicação dos zeólitos na pirólise catalítica do PEAD, resíduos de cabos eléctricos e C50. Verificou-se que a dessilicação conduziu a um aumento da mesoporosidade e da área de superfície externa, sem ocorrerem alterações significativas na microporosidade. O tratamento de dessilicação dos zeólitos conduziu a um aumento da sua actividade durante a pirólise catalítica dos resíduos de cabos eléctricos e do n-C50, diminuindo a temperatura de degradação catalítica dos mesmos. Constatou-se que a presença de hidrocarboneto baixou a temperatura de degradação catalítica dos resíduos de cabos eléctricos, melhorando a actividade do zeólito. Analogamente os resíduos de cabos eléctricos também aceleraram a degradação catalítica do n-C50, isto é, o hidrocarboneto, na presença dos resíduos, inicia a sua degradação catalítica a uma temperatura inferior comparativamente a quando se encontra isolado.

Aplicação de zeólitos modificados por dessilicação à catálise bifuncional

Este trabalho experimental teve como principal objectivo o estudo da influência do método de dessilicação – convencional e por accão de radiação microondas – numa amostra de zeólito mordenite de razão Si/A1 de 10. Por outro lado, estudou-se a influência da variação da razão Si/A1 nos tratamentos de dessilicação utilizando como amostra de base uma mordenite com razão Si/A1 de 45. As amostras foram caracterizadas por difracção de raios-X, espectroscopia de infravermelho, microscopia electrónica de transmissão e adsorção de azoto. Adicionalmente, nas amostras dessilicadas a partir do zeólito da razão Si/A1=10 foram testados o envelhecimento e a reprodutibilidade. Amostras selecionadas foram também caraterizadas por RMN. Para avaliar a influência do tratamento de dessilicação na acidez e porosidade das amostras recorreu-se à reacção modelo de isomerização de m-xileno. As propriedades hidrogenantes das amostras suportadas com Pt foram avaliadas pela reacção modelo de hidrogenação do tolueno. As potencialidades dos catalisadores bifuncionais foram testadas na reacção de hidroisomerização do n-hexano. Os resultados obtidos demonstram que a realização de tratamentos de dessilicação por acção da radiação de microondas permite reduzir substancialmente a duração do tratamento alcalino, e em simultâneo com o desenvolvimento da mesoporosidade observa-se a formação de microporos mais largos que os característicos da mordenite. Com os tratamentos convencionais ocorre apenas o desenvolvimento da mesoporosidade. Relativamente à acidez, as amostras dessilicadas por acção da radiação de microondas apresentaram propriedades mais próximas das do zeólito de partida. Os estudos relativamente à influência da razão Si/A1 mostraram que a amostra de partida com razão Si/A1=45 é mais sensível e frágil à duração do tratamento alcalino do que a amostra com razão Si/A1 de 10. Entre outros factores, estes resultados parecem estar relacionados com o tamanho das cristalites. Nas amostras suportadas com Pt, a reacção modelo de hidrogenação do tolueno, mostrou que o processo de dessilicação permite aumentar a actividade hidrogenante, uma vez que a presença de mesoporosidade facilita o acesso do reagente aos centros metálicos. Na hidroisomerização do n-hexano, a amostra PtM10_0,1_120V foi a que permitiu obter maior selectividade de produtos bi-ramificados.

Aplicação de zeólitos hierárquicos a reacções de acilação de Friedel-Crafts

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química

Descrições estruturais cristalinas de zeólitos

Crystalline structures of zeolites can be studied using different representations: the internal symmetry obtained by X-Ray or neutron diffraction crystallography techniques or a systematic analysis of the basic structural units which can be arranged to build the geometries of each kind of zeolite. In this work the basic concepts of three building units, SBU (Secondary Building Units), SSU (Structural SubUnits) and PBU (Periodic Building Units) are presented. The properties of the resulting crystalline structures are discussed (pores, cavities, channels), describing the influence of each one of these properties in processes of physical-chemical interest. Representative case studies of known zeolite crystalline structures are also discussed in terms of their space group classification.

Catálise de hydrocraking baseado em zeólitos

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química

Aplicação de zeólitos e outros catalisadores ácidos para a produção de combustíveis líquidos a partir de plásticos recicláveis

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química e Bioquímica

Aplicação de zeólitos e outros catalisadores ácidos para a produção de combustíveis líquidos a partir de plásticos recicláveis

Dissertação para a obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Química e Bioquímica

Produção de biocombustíveis a partir da biomassa : melhoria da resistência do zeólito ZSM-5 aos compostos fenólicos

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Química e Bioquímica

Descrições estruturais cristalinas de zeólitos

Crystalline structures of zeolites can be studied using different representations: the internal symmetry obtained by X-Ray or neutron diffraction crystallography techniques or a systematic analysis of the basic structural units which can be arranged to build the geometries of each kind of zeolite. In this work the basic concepts of three building units, SBU (Secondary Building Units), SSU (Structural SubUnits) and PBU (Periodic Building Units) are presented. The properties of the resulting crystalline structures are discussed (pores, cavities, channels), describing the influence of each one of these properties in processes of physical-chemical interest. Representative case studies of known zeolite crystalline structures are also discussed in terms of their space group classification.

Estudo das alterações no comportamento catalítico do zeólito MCM-22 por modificação controlada da porosidade

Este trabalho experimental teve como objetivo o estudo da influência dos tratamentos de dessilicação e combinação do tratamento alcalino seguido de tratamento ácido aplicado ao zeólito MCM-22, utilizando duas concentrações diferentes de solução de NaOH. O zeólito MCM-22 sintetizado e todas as amostras modificadas foram caraterizadas por difração de raios-X, RMN de 29Si e 27Al, SEM, TEM e adsorção de azoto a baixa temperatura. O estudo da acidez das amostras foi realizado por adsorção de piridina seguida de espetroscopia de infravermelho e análise da região dos grupos hidroxilo. Para avaliar a influência dos tratamentos pós-síntese na acidez e porosidade recorreu-se à reação catalítica modelo de isomerização de m-xileno. O desenvolvimento de mesoporosidade foi conseguido por meio de tratamento alcalino com a solução de NaOH de 0,05 M, não tendo sido obtido nenhum ganho adicional com o uso da solução de concentração 0,1 M. Observa-se contudo que nestas condições experimentais a extração de Si é realizada juntamente com a de Al da rede que fica depositado, como espécies extra-rede. As amostras submetidas aos tratamentos alcalino e ácido sequenciais apresentam comportamentos distintos. Quando foi usada a solução alcalina de menor concentração não se observou nenhum efeito relevante nas propriedades texturais. Pelo contrário, quando o tratamento ácido foi realizado sobre a estrutura mais fragilizada, devido à dessilicação com a solução alcalina mais concentrada, a extração de Al a partir de ambos os sistemas porosos internos promoveu a sua interligação, evoluindo-se de uma estrutura 2-D para uma estrutura 3-D. Por outro lado, a deposição contínua de espécies de Al extra-rede no interior dos poros leva a um aumento de seletividade de forma, que se traduz na formação preferencial do isómero de xileno mais importante a nível comercial, o p-xileno.

Redução da concentração de cloro combinado em águas de piscinas com aplicação de um zeólito

Tendo em conta a contaminação normal de compostos azotados existente na água de uma piscina, derivados na sua maioria do próprio banhista, é inevitável a formação de subprodutos, quando estes reagem com o cloro como desinfectante. De todos os subprodutos de desinfecção que se formam, as cloraminas, incluídas no controlo químico da água de piscina no parâmetro cloro combinado, são as mais conhecidas. Estes compostos são responsáveis por irritações oculares, das mucosas e do trato respiratório. São estes os compostos responsáveis pelo comummente designado ‘cheiro a cloro’ característico de muitas piscinas. Para além destes efeitos nefastos da sua presença na água, estes compostos possuem um poder desinfectante muito menor ao do ácido hipocloroso, a forma activa do cloro com maior capacidade desinfectante. Por todas estas razões, uma piscina com uma concentração de cloro combinado elevada não é adequada para uso. Com a premissa comprovada em diversos estudos do uso de zeólitos para diminuição de compostos amoniacais por adsorção, é objectivo deste estudo comprovar a sua viabilidade no uso da redução destes compostos nas águas de piscinas. Para tal, foram realizados estudos em contínuo, numa piscina piloto onde foram aplicados hipoclorito de sódio e amoníaco, e ensaios em descontínuo, para que fosse determinada a capacidade e o tempo necessário ao equilíbrio de adsorção para este par adsorvente/adsorvato. Nos ensaios em contínuo, a clinoptilolite adsorveu 1,652 g Cl2/kg de clinoptilolite, em aproximadamente 300 horas de funcionamento, a 23,5 ºC. Nos ensaios em descontínuo, foram estudadas diferentes concentrações iniciais de cloro combinado. Os ensaios foram realizados a 20 ºC. Para uma concentração inicial de 4,06 mg/L Cl2, obteve-se uma capacidade de adsorção de 0,28 g Cl2/kg de clinoptilolite, ao fim de 360 horas. Para uma concentração inicial de 2 mg / L Cl2, o ensaio teve uma duração de 360 horas, e não se verificou estabilização. No entanto, findo este tempo, ocorreu a adsorção de 0,28 g Cl2/kg de clinoptilolite. Para uma concentração inicial de 0,56 mg/L Cl2, obteve-se um valor inferior, de 0,027 g Cl2/kg de clinoptilolite ao fim de 168 horas.

Desenvolvimento de membranas catalíticas poliméricas bifuncionais: aplicações à síntese da cânfora

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Química e Bioquímica

Zeolite-based nanomaterials for the control of opportunistic pathogenic microorganisms

Dissertação de mestrado em Applied Biochemistry (área de especialização em Biomedicine)