Estudo da síntese de zeólitas com estruturas ferrieritas (FER) e sua aplicação em pirólise de biomassa

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Rodrigues, Patrícia Alves Sobrinho
• Orientador(a): Pergher, Sibele Berenice Castella
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
• Programa de Pós-Graduação: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Ferrierita; ZSM-5; Síntese; Biomassa; Pirólise; ZrO2
• Link de acesso: https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/46633

As zeólitas são materiais cristalinos microporosos com estrutura porosa bem definida pertencendo ao grupo de materiais denominados peneiras moleculares. Dentre esses materiais, tem-se a zeólita Ferrierita que possui alta estabilidade a tratamentos térmicos/hidrotérmicos e químicos e possui estrutura microporosa bidimensional lhes conferindo um notável desempenho como catalisador ácido em reações de conversão de hidrocarbonetos. Tendo em vista as suas características este material tem sido bastante estudado nos últimos anos e foi objeto de estudo neste trabalho. Outra zeólita que também foi estudada aqui foi a ZSM-5 que vem sendo bastante explorada em vários processos industriais como o hidrocraqueamento, isomerização, alquilação e desprotonização do benzeno. Sendo assim, as zeólitas de estrutura FER e a ZSM-5 comercial foram caracterizadas e testadas em reações de catálise de biomassa no presente estudo. As sínteses da zeólita tipo FER foram estudadas inicialmente pelo método descrito na IZA, e posteriormente alguns parâmetros foram modificados, tais como as fontes de silício e alumínio, a razão Si/Al e a adição do surfactante catiônico, brometo de hexadeciltrimetilamonio (CTAB). O uso de fontes alternativas de silício e alumínio, que são fontes encontradas facilmente na natureza, traz um ótimo custo-benefício ao processo. Já o estudo da relação Si/Al e a adição do surfactante foi realizado para observar o crescimento dos cristais e dispersão de partículas, promovendo uma maior área externa, o que pode induzir melhores aplicabilidades destes materiais. A zeólita ZSM-5 foi alterada fazendo impregnação de zircônio para melhora da acidez do catalisador. Para a caracterização desses materiais foram utilizadas as técnicas de difração de raios-X (DRX), fluorescência de raios-X (FRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), análise termogravimétrica (TG), e análise textural por adsorção de N2 (método BET). A zeólita tipo FER foi obtida com sucesso nas sínteses seguindo o método IZA, na utilização das diferentes fontes de silício e alumínio e nas razões de Si/Al 7,6 com e sem o uso de surfactante. Já nas sínteses com incremento de silício, a estrutura da zeólita tipo FER foi direcionada para a zeólita ZSM-5. Porém, o surfactante direcionou a estrutura para a ZSM-5 em uma velocidade maior do que nas sínteses sem surfactantes. Após a etapa do estudo das sínteses seguiu-se para as suas aplicações como catalisadores de pirólise de biomassas. A celulose, lignocelulose e hemicelulose foras as biomassas testadas para a produção de bio-óleo por pirólise rápida. Na caracterização dos produtos obtidos nas reações foram utilizadas as técnicas de cromatografia gasosa, análise elementar CHNS-O, análise termogravimétrica e análise de umidade (Karl Fisher). Foi observado que o uso dos catalisadores, FER e ZrO2/n-ZSM-5 na reação, direcionou a uma redução drástica no bio-óleo, porém levou a uma maior produção de CO e CO2, que são moléculas que reduzem o teor de oxigênio no bio-óleo. Esses resultados preliminares mostraram que os catalisadores estudados são promissores para as reações de catálise de biomassas o que pode indicar a utilização dessas reações para obtenção de produtos sólidos, líquidos e gasosos que poderão posteriormente ser utilizados como fonte de combustíveis entre outros usos. A obtenção desses produtos implica em uma possível substituição de combustíveis fósseis por combustíveis oriundos de fontes alternativas, o que é de extrema importância para o meio ambiente.