Estudo da reação de hidrogenação de CO2 para a síntese de álcoois em catalisadores à base de Cu e Co

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Main Author: Oliveira, Francisco Marcelo dos Santos de
Publication Date: 2024
Format: Master thesis
Language: por
Source: Repositório Institucional da UFSCAR
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Summary: CO2 is a gaseous chemical compound important for maintaining life on Earth, being used in the photosynthesis process by plants, which forms glucose and releases oxygen into the atmosphere. Furthermore, it is the main greenhouse gas, a natural process that retains heat and keeps the Earth's surface warm, ensuring the necessary temperature and climate conditions to life. Anthropogenic activities such as the burning of fossil fuels, industrial processes, deforestation, and fires have increased the concentration of this gas in the atmosphere in recent years. Consequently, the greenhouse effect has intensified, increasing the planet's temperature, and resulting in anomalous climate phenomena, such as the melting of polar ice caps, rising sea levels, and more frequent episodes of drought, floods, storms and hurricanes in different regions. CO2 recycling technologies have been developed with the aim of reducing the emission of this gas and mitigating its effects on climate change. The catalytic hydrogenation of CO2 for the generation of products of commercial interest, such as methanol and ethanol, for example, is a technology that has attracted the attention of recent research, given the wide industrial applicability of these alcohols and the possibility of carbon recycling. In the present study, the CO2 hydrogenation reaction was investigated to produce alcohols using catalysts based on cobalt, copper and a combination between cobalt and copper. It was observed that CuO-Co3O4-Al2O3 catalysts with different Co:Cu mass ratios have improved methanol productivity when compared to CuO-Al2O3 or Co3O4-Al2O3, while ethanol was obtained only in Co3O4-Al2O3. The promotion of Co3O4-Al2O3 by the alkali metals Na, K, Rb or Cs with a mass content of 2% showed better catalytic performance for the formation of ethanol, with emphasis on 2%Na-Co3O4-Al2O3, which increased the ethanol productivity approximately 25 times compared to non-promoted material, while methanol productivity decreased with promotion by different alkali metals. Furthermore, the highest ethanol productivity in the present work, corresponding to 5.3 µmol/gcat.h, was achieved using the 2%K-Co3O4-Al2O3 catalyst under the reaction conditions of T = 220 °C, P = Patm and GHSV = 24,000 mL/gcat.h.
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Anthropogenic activities such as the burning of fossil fuels, industrial processes, deforestation, and fires have increased the concentration of this gas in the atmosphere in recent years. Consequently, the greenhouse effect has intensified, increasing the planet's temperature, and resulting in anomalous climate phenomena, such as the melting of polar ice caps, rising sea levels, and more frequent episodes of drought, floods, storms and hurricanes in different regions. CO2 recycling technologies have been developed with the aim of reducing the emission of this gas and mitigating its effects on climate change. The catalytic hydrogenation of CO2 for the generation of products of commercial interest, such as methanol and ethanol, for example, is a technology that has attracted the attention of recent research, given the wide industrial applicability of these alcohols and the possibility of carbon recycling. In the present study, the CO2 hydrogenation reaction was investigated to produce alcohols using catalysts based on cobalt, copper and a combination between cobalt and copper. It was observed that CuO-Co3O4-Al2O3 catalysts with different Co:Cu mass ratios have improved methanol productivity when compared to CuO-Al2O3 or Co3O4-Al2O3, while ethanol was obtained only in Co3O4-Al2O3. The promotion of Co3O4-Al2O3 by the alkali metals Na, K, Rb or Cs with a mass content of 2% showed better catalytic performance for the formation of ethanol, with emphasis on 2%Na-Co3O4-Al2O3, which increased the ethanol productivity approximately 25 times compared to non-promoted material, while methanol productivity decreased with promotion by different alkali metals. Furthermore, the highest ethanol productivity in the present work, corresponding to 5.3 µmol/gcat.h, was achieved using the 2%K-Co3O4-Al2O3 catalyst under the reaction conditions of T = 220 °C, P = Patm and GHSV = 24,000 mL/gcat.h.O CO2 é um composto químico gasoso importante para a manutenção da vida na Terra, sendo utilizado no processo de fotossíntese pelas plantas, o qual forma glicose e libera oxigênio para a atmosfera. Além disso, ele é o principal gás do efeito estufa, processo natural que retém calor e mantém a superfície da Terra aquecida, garantindo condições de temperatura e clima necessários à vida. Atividades antropogênicas, como a queima de combustíveis de origem fóssil, processos industriais, desmatamento e queimadas, tem elevado a concentração deste gás na atmosfera nos últimos anos. Consequentemente, o efeito estufa tem se intensificado, aumentando a temperatura do planeta e resultando em fenômenos climáticos anômalos, como o derretimento das calotas polares, o aumento do nível do mar, e episódios mais frequentes de seca, inundações, tempestades e furacões em diferentes regiões. Tecnologias de reciclagem de CO2 têm sido desenvolvidas com o intuito de reduzir a emissão desse gás e mitigar seus efeitos nas mudanças climáticas. A hidrogenação catalítica de CO2 para a geração de produtos de interesse comercial, como metanol e etanol, por exemplo, é uma tecnologia que vem chamando a atenção em pesquisas recentes, dada a vasta aplicabilidade industrial destes álcoois e a possibilidade de reciclagem de carbono. No presente estudo, investigou-se a reação de hidrogenação de CO2 para a produção de álcoois em catalisadores à base de cobalto, cobre e uma combinação entre cobalto e cobre. Observou-se que catalisadores de CuO-Co3O4-Al2O3 com diferentes razões mássicas Co:Cu melhoraram a produtividade de metanol quando comparado a CuO-Al2O3 ou Co3O4-Al2O3, enquanto etanol foi obtido apenas em Co3O4-Al2O3. A promoção de Co3O4-Al2O3 pelos metais alcalinos Na, K, Rb ou Cs com um teor mássico de 2% melhorou o desempenho catalítico destes materiais para a formação de etanol, com destaque para o 2%Na-Co3O4-Al2O3, que aumentou a produtividade de etanol em aproximadamente 25 vezes em relação ao material não promovido, enquanto a produtividade de metanol diminuiu com a promoção pelos diferentes metais alcalinos. Além disso, a maior produtividade de etanol no presente trabalho, correspondente a 5,3 µmol/gcat.h, foi alcançada empregando-se o catalisador 2%K-Co3O4-Al2O3 sob as condições reacionais de T = 220 °C, P = Patm e GHSV = 24.000 mL/gcat.h.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)88887.670815/2022-00porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessHidrogenação de CO2ÁlcooisCatalisadores à base de cobre e cobaltoCO2 hydrogenationAlcoholsCopper and cobalt-based catalystsENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICAEstudo da reação de hidrogenação de CO2 para a síntese de álcoois em catalisadores à base de Cu e CoStudy of the CO2 hydrogenation reaction for the synthesis of alcohols in Cu,Co-based catalystsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARTEXTDissertacao_Francisco_Marcelo_dos_Santos_de_Oliveira_versaoFinal_corrigida.pdf.txtDissertacao_Francisco_Marcelo_dos_Santos_de_Oliveira_versaoFinal_corrigida.pdf.txtExtracted texttext/plain103035https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/bd231ac8-1f4a-4912-8bd2-476b042a4788/download2f09f631efa539a13a6f7e4f43f4e32cMD54falseAnonymousREADTHUMBNAILDissertacao_Francisco_Marcelo_dos_Santos_de_Oliveira_versaoFinal_corrigida.pdf.jpgDissertacao_Francisco_Marcelo_dos_Santos_de_Oliveira_versaoFinal_corrigida.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg4228https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/42574833-d2cc-46f5-9b78-57d1694292aa/download6d29fd813238daef3612291605f15e04MD55falseAnonymousREADORIGINALDissertacao_Francisco_Marcelo_dos_Santos_de_Oliveira_versaoFinal_corrigida.pdfDissertacao_Francisco_Marcelo_dos_Santos_de_Oliveira_versaoFinal_corrigida.pdfDissertação de Mestradoapplication/pdf1662070https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/b431f615-d0db-459a-8f8a-103f3f61c9ac/downloadba5375bf6c81f5612168d9f892a98db5MD53trueAnonymousREADCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8810https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/eceb4eb3-625f-4aaa-bcfb-2e061dd40e30/downloadf337d95da1fce0a22c77480e5e9a7aecMD52falseAnonymousREAD20.500.14289/201422025-02-06 02:35:52.619http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/20142https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-02-06T05:35:52Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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