Identification of copper species present in Cu-ZSM-5 catalysts for NOx reduction

The structure of Cu-ZSM-5 catalysts that show activity for direct NO decomposition and selective catalytic reduction of NOx by hydrocarbons has been investigated by a multitude of modern surface analysis and spectroscopy techniques including X-ray photoelectron spectroscopy, thermogravimetric analysis, and in situ Fourier transform infrared spectroscopy. A series of four catalysts were prepared by exchange of Na-ZSM-5 with dilute copper acetate, and the copper loading was controlled by variation of the solution pH. Underexchanged catalysts contained isolated Cu2+OH-(H2O) species and as the copper loading was increased Cu2+ ions incorporated into the zeolite lattice appeared. The sites at which the latter two copper species were located were fundamentally different. The Cu2+OH-(H2O) moieties were bound to two lattice oxygen ions and associated with one aluminum framework species. In contrast, the Cu2+ ions were probably bound to four lattice oxygen ions and associated with two framework aluminum ions. Once the Cu-ZSM-5 samples attained high levels of exchange, the development of [Cu(μ-OH)2Cu]n2+OH-(H2O) species along with a small concentration of Cu(OH)2 was observed. On activation in helium to 500°C the Cu2+OH-(H2O) species transformed into Cu2+O- and Cu+ moieties, whereas the Cu2+ ions were apparently unaffected by this treatment (apart from the loss of ligated water molecules). Calcination of the precursors resulted in the formation of Cu2+O2- and a one-dimensional CuO species. Temperature-programmed desorption studies revealed that oxygen was removed from the latter two species at 407 and 575°C, respectively. © 1999 Academic Press.

Methanol-to-gasoline (MTG) conversion over ZSM-5. A temperature programmed surface reaction study

The conversion of methanol to gasoline over zeolite ZSM-5 has been studied by temperature programmed surface reaction (TPSR). The technique is able to monitor the two steps in the process: the dehydration of methanol to dimethyl ether and the subsequent conversion of dimethyl ether to hydrocarbons. The activation barriers associated with each step were evaluated from the TPSR profiles and are 25.7 and 46.5 kcal/mol respectively. The methanol desorption profile shows considerable change with the amount of methanol molecules adsorbed per Bronsted site of the zeolite. The energy associated with the desorption process, (CH3OHH+-ZSM5 --> (CH3OHH+-ZSM5 + CH3OH, shows a spectrum of values depending on n.

Criação de mesoporos em zeólitas ZSM-5, mordenita e ferrierita e análise de seu efeito na reação de hidroisomerização do n-heptano

As zeólitas têm recebido grande atenção acadêmica e industrial devido às suas características ácidas e estruturais. A estrutura da zeólita pode ser utilizada para conduzir uma reação catalítica na direção do produto desejado, evitando assim reações paralelas. Porém, essa mesma estrutura cria restrições difusivas com relação ao acesso aos sítios ativos no interior dos microporos. Neste trabalho foram estudados dois métodos de criação de mesoporos (térmico e básico) com o intuito de modificar a acessibilidade aos sítios catalíticos das zeólitas. A reação de hidroisomerização do n-heptano foi selecionada para avaliar as zeólitas após a criação de mesoporosidade. O tratamento térmico (via calcinação em temperaturas elevadas) foi utilizado para as zeólitas do tipo ZSM-5, Mordenita e Ferrierita, tendo sido observado um aumento pouco significativo na mesoporosidade. Este tratamento promoveu, porém, uma significativa desaluminização das amostras, acompanhada da formação de quantidades importantes de espécies de Al extra-rede (ALER), o que se refletiu num bloqueio parcial dos mesoporos gerados e dos microporos preexistentes, e na redução na densidade de sítios ácidos das amostras. A ampliação da escala do tratamento térmico (aumento da quantidade tratada de 2 g para 30 g) não se mostrou reprodutível, gerando menos mesoporos do que o observado no preparo em pequena escala. O tratamento básico (via dessilicação por meio de NaOH), ao contrário do anterior, promoveu a formação de mesoporos gerando menos quantidade de ALER e se mostrou mais reprodutível quando da ampliação da escala. O desempenho dos catalisadores Pt/Al2O3+zeólita na reação de hidroisomerização do n-heptano foi influenciado pela densidade de sítios ácidos fortes e pela estrutura porosa da zeólita. Com relação ao efeito dos tratamentos térmico e básico sobre o desempenho dos catalisadores à base de ZSM-5, os resultados mostraram que o comportamento do catalisador submetido ao tratamento básico (Pt/Al2O3+BZSM-5/85-2) foi similar ao do tratado termicamente (Pt/Al2O3+TZSM-5/1000-2) com relação à distribuição de produtos na reação de hidroisomerização do n-heptano, particularmente com relação aos produtos leves e aos isômeros monorramificados. No entanto, a presença mais significativa de mesoporos na zeólita após tratamento básico (BZSM-5/85-2), se refletiu num leve favorecimento à formação dos isômeros birramificados