Síntese e caracterização de zeólitas do tipo ZSM-5 para a adsorção de CO2 - Frantz, Tuanny Santos (2015)
O presente trabalho tem por objetivo a síntese de zeólitas do tipo ZSM-5 com e sem o uso de direcionador orgânico (TPAOH), em diferentes relações de Si/Al (25; 37,5; 50 e 75), para aplicação em processos de adsorção de CO2. Os adsorventes sintetizados foram caracterizados pelas técnicas de difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de energia dispersiva (EDS), espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), adsorção de N2 via método de Brunauer, Emmet e Teller (BET) e análise termogravimétrica (TG/DTG). As zeólitas sintetizadas com direcionador orgânico apresentam a estrutura característica da ZSM-5, de acordo com os resultados obtidos por FTIR e DRX, com elevada área específica, de acordo com resultados obtidos por BET. As micrografias obtidas por MEV mostraram que as zeólitas possuem morfologia esférica e encontram-se agregadas. A análise por EDS revelou a presença de Si, Al, O e Na. O mapeamento mostra que estes elementos estão homogeneamente distribuídos na região analisada. Para as zeólitas sintetizadas sem direcionador orgânico, os resultados mostram uma fase cristalina referente à estrutura da zeólita ZSM-5. A área específica para estas zeólitas é baixa comparada com as zeólitas obtidas com direcionador orgânico. A técnica de MEV mostrou que as partículas formadas possuem forma hexagonal, porém a amostra é bem heterogênea e observam-se regiões sem morfologia definida. A análise por EDS e mapeamento das amostras demonstrou a presença de Si, Al, O e Na uniformemente distribuídos na estrutura da zeólita, com exceção da zeólita com razão Si/Al de 75, a qual possui uma distribuição mais heterogênea. Com o intuito de se obter um material mais cristalino, amostras na razão Si/Al igual a 50, sem direcionador orgânico, foram sintetizadas com tempos maiores de cristalização (mudou-se de 27 horas para 51 e 75 horas). Para tempos maiores que 27 horas identificou-se por DRX, FTIR e MEV, além da ZSM-5, fases referentes a keatite e modernita. As zeólitas com direcionador orgânico e razões de Si/Al iguais a 25, 50 e 75 foram testadas em ensaios de adsorção de CO2. Os resultados obtidos mostram que as mesmas possuem uma grande capacidade de adsorção para o CO2, em torno de 2,7 mmol/g adsorvente para a pressão de 7 bar. A diferença sutil entre a capacidade de adsorção das amostras obtidas com direcionador orgânico nas razões Si/Al de 25, 50 e 75, pode ser explicado pela maior acidez nas zeólitas com menor teor de silício, que leva a uma interação maior com o CO2. As curvas de histerese mostraram que as mesmas podem ser reutilizadas sem perda na capacidade de adsorção para os 3 ciclos testados. A zeólita sem direcionador orgânico na razão Si/Al igual a 50 também foi testada para adsorção de CO2, no entanto sua capacidade de adsorção foi inferior às zeólitas obtidas com direcionador orgânico. Este comportamento pode estar relacionado ao baixo valor de área superficial especifica. Sendo assim, zeólitas do tipo ZSM-5 são promissoras para aplicações como adsorventes na captura de CO2.