A reação de transformação de MeOH em olefinas leves foi investigada sobre zeólitas HZSM-5 com razões SiO2/Al2O3 (SAR) iguais a 30, 80 e 280. As propriedades ácidas e texturais da amostra com SAR 30 foram modificadas por impregnação com ácido fosfórico. A caracterização físico-química das amostras foi realizada empregando-se as técnicas de FRX, fisissorção de N2, DRX, DTP de NH3 e IV com adsorção de piridina. O desempenho catalítico das mesmas foi comparado tanto em condições reacionais similares (mesma T, pressão parcial de MeOH e WHSV) como em condições de isoconversão. Verificou-se, que quanto maior a SAR da zeólita, menor a densidade total e a força dos sítios ácidos presentes, sendo este efeito mais significativo para os sítios de Brönsted. O efeito do aumento da SAR favoreceu a estabilidade catalítica e a formação de olefinas leves, principalmente propeno. No caso das amostras contendo fósforo, foi observada uma redução linear na área específica BET e no volume de microporos com o aumento do teor de fósforo. Estes resultados, aliados aos obtidos por DRX, sugerem que a redução mais significativa na área específica e no volume de microporos pode ser associada à redução na cristalinidade e à formação de espécies amorfas contendo fósforo, que bloqueariam a estrutura porosa da zeólita. Não se observou alteração significativa na força dos sítios fracos, enquanto a força dos sítios fortes diminuiu significativamente. As amostras apresentando menor SAR e menor teor de fósforo foram mais ativas. Por outro lado, em condições de isoconversão de 916%, a amostra mais seletiva à formação de olefinas foi aquela com maior SAR. Dentre as amostras impregnadas, aquela contendo 4% de fósforo foi a mais seletiva a propeno, enquanto a que continha 6% foi mais seletiva a eteno. A amostra com SAR igual a 280 foi investigada variando-se a temperatura de reação (400, 500 e 540C) e a pressão parcial de metanol (0,038; 0,083 e 0,123 atm), através de um planejamento experimental do tipo Box-Benhnken (32). O rendimento otimizado em olefinas leves foi alcançado a 480C e 0,08 atm. O modelo proposto descreveu bem os dados experimentais e evidenciou a existência de uma faixa ótima de temperatura para maximização do rendimento em propeno e eteno, o qual foi também afetado pela pressão parcial de MeOH na faixa estudada. Palavras-chave: ZSM-5, olefinas, propeno, eteno, processo MTO, fósforo. / The MeOH transformation into light olefins was investigated over HZSM-5 zeolites with SiO2/Al2O3 (SAR) = 30, 80 and 280. The acidic and textural properties of the SAR 30 were modified by impregnation with orthophosphoric acid. Textural characterization and physiochemical like FRX, fisisorption of N2, DRX, DTP of NH3 and IR with pyridine adsorption were used. The catalytic performance of the samples evaluated and compared at both isoconversion and iso-operacional. It was verified, that the increase in SAR of the zeolite reduced acid site density and strenght of the acid sites, particularly for the Brönsted acid sites, favoring the catalytic stability and the formation of light olefins, mainly propene. The characterizations indicated a linearr reduction in the specific BET surface area and in the microporous volume with the increase of the phosphorous incorporation. These results, together with over obtained by DRX, suggest that the most significant reduction in the specific area and in the microporos volume can be associated to the reduction in the cristalinity as well as to the formation of amorphous species containing phosphorous, that would block the zeolite porous structure . No significant alteration was observed in the strenght of the weak sites, although the strong acid sites strenght significantly decreased. The low SAR and slow phosphorous incorporation ware more active. On the other hand, at isoconversion conditions (916), the most selective samples to olefins formation were those with high SAR. Among the impregnated samples, the one containing 4% of phosphorous was more selective to olefins. The sample with SAR equal to 280 was investigated under different reaction temperature (400, 500 and 540C) and methanol partial pressure (0,038; 0,083 and 0,123 atm), following Box-Benhnken (32) experimental planning type. The optimized light olefins yield was reached at 480C and 0,08 atm. The proposed model described well the experimental data and evidenced the existence of a range of temperature for maximization of the propene and ethene, which was also affected by the partial pressure of methanol in the studied range.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:41:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MariaJFCpdf.pdf: 4931245 bytes, checksum: 45a7ea893d17f478c73adf56787579aa (MD5) Previous issue date: 2008-12-22 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / The present work reports the study of nanoporous structures, aiming at their use in research directed to the current demand of the petroleum industry to value heavy oil. Initially, two ways were chosen for the synthesis of porous structures from the molecular sieves of type Si-MCM-41. In the first way, the structure MCM-41 is precursory for heteroatom substitutes of silicon, generating catalyst of the type Al-MCM-41 from two different methods of incorporation of the metal. This variation of the incorporation method of Aluminum in the structure of Si-MCM-41 was carried out through the conventional procedure, where the aluminum source was incorporated to the gel of synthesis, and the procedure post-synthesis, where the Aluminum source was incorporated in catalyst after the synthesis of Si-MCM-41. In the second way, the MCM-41 acts as a support for growth of nanocrystals of zeolite embedded in their mesoporous, resulting in hybrid MCM-41/ZSM-5 catalyst. A comparative analysis was carried through characterizations by XRD, FTIR, measures of acidity through n-butylamine adsorption for TGA, SEM-XRF and N2 adsorption. Also crystalline aluminosilicate with zeolitic structure MFI of type ZSM-5 was synthesized without using organic templates. Methodologies to the preparation of these materials are related by literature using conventionally reactants that supply oxides of necessary silicon and aluminum, as well as a template agent, and in some cases co-template. The search for new routes of preparation for the ZSM-5 aimed at, above all, the optimization of the same as for the time and the temperature of synthesis, and mainly the elimination of the use of organic templates, that are material of high cost and generally very toxic. The current study is based on the use of the H2O and Na+ cations playing the role of structural template and charge compensation in the structure. Characterizations by XRD, FTIR, SEM-XRF and N2 adsorption were also conducted for this material in order to compare the samples of ZSM-5 synthesized in the absence of template and those used industrially and synthesized using structuring / O presente trabalho relata o estudo de estruturas nanoporosas, visando o uso em pesquisas que atendam a atual demanda da ind?stria do petr?leo, de valorizar ?leos pesados. Inicialmente, optou-se por duas vertentes para a s?ntese de estruturas porosas a partir da peneira molecular do tipo Si-MCM-41. Na primeira vertente, a estrutura MCM-41 ? precursora para hetero?tomos substituintes do sil?cio, gerando catalisadores do tipo Al-MCM-41 a partir de dois diferentes m?todos de incorpora??o do metal. Essa varia??o do m?todo de incorpora??o do Alum?nio na estrutura do Si-MCM-41 se deu atrav?s do procedimento convencional, no qual a fonte de alum?nio foi incorporada ao gel de s?ntese e do procedimento p?s-s?ntese, no qual a fonte de Alum?nio foi incorporada ao catalisador ap?s a s?ntese do Si-MCM-41. Na segunda vertente, o MCM-41 age como suporte para o crescimento de nanocristais de ze?lita embutidos nos seus mesoporos, resultando no catalisador h?brido MCM-41/ZSM-5. Uma an?lise comparativa foi realizada atrav?s de caracteriza??es por XRD, FTIR, medidas de acidez atrav?s de dessor??o de n-butilamina por TGA, SEM-XRF e Adsor??o de N2. Tamb?m foi sintetizado um aluminossilicato cristalino com estrutura zeol?tica MFI do tipo ZSM-5, na aus?ncia total de direcionador org?nico. Metodologias relacionadas ? prepara??o desses materiais s?o relatadas pela literatura utilizando-se convencionalmente reagentes que forne?am os ?xidos de sil?cio e de alum?nio necess?rios, bem como um agente direcionador, e em alguns casos at? co-direcionadores. A busca por novas rotas de prepara??o para a ZSM-5 visou, sobretudo, a otimiza??o da mesma no que se refere ao tempo e ? temperatura de s?ntese, e principalmente a elimina??o do uso dos direcionadores org?nicos, que s?o materiais de alto custo e geralmente muito t?xicos. O atual estudo se baseia na utiliza??o da H2O e dos c?tions Na+ desempenhando o papel de direcionamento estrutural e compensa??o de cargas na estrutura. Caracteriza??es por XRD, FTIR, SEM-XRF e Adsor??o de N2 tamb?m foram realizadas para esse material, a fim de comparar as amostras de ZSM-5 sintetizadas na aus?ncia do direcionador e aquelas utilizadas industrialmente e sintetizadas utilizando estruturantes

Cette étude s'inscrit dans le cadre de la compréhension des isothermes à sous-marche observées durant l'adsorption, sur les zéolithes de type MFI, de certains composés organiques. Pour cela, le processus d'adsorption de l'éthylène et du tétraméthyléthylène a été étudié en premier lieu par gravimétrie et en second lieu par spectroscopie infrarouge in situ. Cette dernière technique permet de suivre simultanément les modifications de l'adsorbant et de l'adsorbat. L'analyse de ces données laisse supposer que la sous-marche dans l'isotherme d'adsorption peut être expliquée en tenant compte simultanément de la symétrie et de la taille de la molécule adsorbée. En plus des bandes infrarouge caractéristiques de l'adsorbant et de la phase adsorbée, une bande émergeante est mise en évidence. Elle peut être considérée comme une empreinte du processus d'adsorption.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-03-23T18:44:54Z No. of bitstreams: 1 JANAINA RAFAELLA SCHEIBLER - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2015..pdf: 2465420 bytes, checksum: cbecc726b67d3d76a334570b655735eb (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-23T18:44:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JANAINA RAFAELLA SCHEIBLER - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2015..pdf: 2465420 bytes, checksum: cbecc726b67d3d76a334570b655735eb (MD5) Previous issue date: 2015 / Entre as membranas inorgânicas microporosas, as membranas zeolíticas constituem uma tecnologia promissora, devido às suas potenciais aplicações normalmente na desidratação do álcool, separação de moléculas de gás, separação de isômeros ou em processos químicos, incluindo reações de esterificação. Sob este aspecto, torna-se imprescindível o estudo das rotas de preparação desses materiais, visando desenvolver produtos com qualidade e a baixo custo. Portanto, a inovação deste estudo se dá na síntese de membranas zeolíticas via método de síntese poreplugging visando a utilização das membranas inorgânicas para permeação gasosa de N2. Neste trabalho foram desenvolvidos os seguintes materiais: zeólita ZSM-5, membranas cerâmicas (γ-alumina e α-alumina) e as membranas zeolíticas (ZSM5/γ-alumina e ZSM-5/α-alumina). A zeólita ZSM-5 foi sintetizada por meio do método hidrotérmico. As membranas cerâmicas (γ-alumina e α-alumina) foram preparadas a partir da técnica de conformação de pós cerâmicos e posteriormente submetidas à sinterização a uma temperatura de 1000 ºC/1h e 1200 ºC/1h respectivamente. A preparação das membranas zeolíticas (ZSM-5/γ-alumina e ZSM-5/α-alumina) foi realizada com base no método pore in plugging. As amostras foram caracterizadas a partir das técnicas de difração de raios X e Microscopia Eletrônica de Varredura. Os resultados experimentais permitem diversas conclusões acerca do desenvolvimento dos materiais: zeólita ZSM-5, membranas cerâmicas (γ-alumina e α-alumina) e membranas zeolíticas (ZSM-5/γ-alumina e ZSM-5/α-alumina). A partir da difração de raios X, foi possível verificar que o método de síntese empregado, foi efetivo na obtenção da zeólita ZSM-5. O difratograma apresentou picos característicos de uma zeólita ZSM-5 quando comparada ao padrão. Os resultados obtidos por DRX para as membranas cerâmicas (γ-alumina e α-alumina) demonstraram a formação de picos característicos do óxido de alumínio, os materiais são cristalinos e puros. Para o método pore-plugging pode se dizer que é um método promissor, pois mostrou uma formação satisfatória da camada zeolítica no resultado do DRX de ambas as membranas zeolíticas (ZSM-5/γ-alumina e ZSM-5/α-alumina). / Among the microporous inorganic membranes, zeolite membranes are a promising technology due to their potential applications normally in alcohol dehydration, separation of gas molecules, separation of isomers or chemical processes, including esterification reactions. In this regard, it is essential to study the preparation of these materials routes in order to develop products with quality and low cost. Therefore, innovation of this study gives the synthesis of zeolite membranes via pore-plugging synthesis method aimed at the use of inorganic membranes for gas permeation N2. In this work the following materials were developed: ZSM-5 zeolite, ceramic membranes (γ-alumina and α-alumina) and zeolitic membranes (ZSM-5/γ-alumina and ZSM-5/α-alumina). Zeolite ZSM-5 was synthesized by the hydrothermal method. Ceramic membranes (γ-alumina and α-alumina) were prepared from the ceramic powder forming technique, and subsequently subjected to a sintering temperature of 1000 °C/1h and 1200 °C/1h respectively. The preparation of zeolite membranes (ZSM-5/γ-alumina and ZSM-5/α-alumina) was carried out based on the method in pore plugging. The samples were characterized from the techniques of X diffraction and scanning electron microscopy rays. The experimental results allow several conclusions about the development of materials: zeolite ZSM-5, ceramic membranes (γ-alumina and α-alumina) and zeolite membranes (ZSM-5/γ-alumina and ZSM-5/αalumina). From the X-ray diffraction, it found that the method of synthesis used was effective in obtaining the zeolite ZSM-5. The XRD pattern showed peaks characteristic of ZSM-5 compared to the standard. The results obtained by XRD ceramic membranes (γ-alumina and α-alumina) showed the formation of peaks characteristic of aluminum oxide, the materials are crystalline and pure. For the poreplugging method can be said to be a promising method because it showed a satisfactory formation of the zeolite layer on the result of XRD both zeolite membranes (ZSM-5/γ-alumina and ZSM-5/α-alumina).

The ZSM-5 zeolite is used in various processes in the petroleum refining and petrochemical, this is possible due to properties such as acid catalyst and high hydrothermal stability. Whereas it is a material of great commercial interest, it is essential that synthesize zeolite in the absence of organic compounds (SDAs), a factor that increases the production cost of these materials. Thus it is necessary the development of new synthetic methodologies for obtaining this material more economically. In this context, the aim of the study was to synthesize ZSM-5 zeolite by hydrothermal method by varying several parameters, such as silica source, SAR, OH/SiO2 reason, utilization of seeds and crystallization time in order to achieve shorter times in the formation of crystalline material. In the synthesis of these materials were used: aluminum sulphate octadecahydrate as an aluminum source, silica gel, sodium silicate as silicon source, sodium hydroxide as sodium source and sulfuric acid. Samples of commercial ZSM-5 CBV 2314 were also employed in the synthesis gel as crystallization seeds. All samples synthesized were characterized by XRD. However, only the sample used as a reference standard was also characterized by FT-IR, TG / DTA and BET in order to understand its physicochemical properties. The XRD analyses indicated the formation of ZSM-5 zeolite for all sources of silica used, however, best results were obtained with sodium silicate as a precursor source of silicon, SiO2/Al2O3 ratio = 50. The samples with the SAR’s 25 and 100 obtained concurrent phases at times greater than 15 and 24 hours, respectively. The spectra in the infrared region confirmed absorption bands characteristic of ZSM-5 zeolite. The thermal analysis showed two stages of weight loss, the first related to the removal of physically adsorbed water and the second to the desorption of the molecule of ammonia, as ZSM-5 commercial in its ammonia form was used as a seed. The results of BET, in turn, showed type I isotherm and high value of specific area, typical characteristics of microporous solids. In microscopy, it could be observed crystallites in the prismatic form with different sizes in length, consistent with the literature. The results showed that synthetic methodologies were effective in formations of crystals of ZSM-5. In this sense, this study showed the sodium silicate as silicon source most appropriate with SiO2/Al2O3 ratio = 50, OH/SiO2 = 0.15 and 10% of seeds, which revealed 100% of crystalline material in 13 hours of synthesis to 170 °C. So, it was possible to propose a plausible rout of synthesis to the zeolite studied. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A zeólita ZSM-5 é utilizada em diversos processos no refino de petróleo e petroquímica, isso devido as suas propriedades como catalisador ácido e elevada estabilidade hidrotérmica. Por ser um material de grande interesse comercial, torna-se indispensável sintetizar esta zeólita na ausência de compostos orgânicos (SDA's), fator que encarece os custos de produção desses materiais. Deste modo se faz necessário o desenvolvimento de novas metodologias de síntese para a obtenção deste material de forma mais econômica. Nesse contexto, o objetivo do estudo foi sintetizar a zeólita ZSM-5 pelo método hidrotérmico variando diversos parâmetros, tais como, fonte de sílica, SAR, razão OH/SiO2, utilização de sementes e tempo de cristalização com a finalidade de alcançar menores tempos de formação do material cristalino. Nas sínteses desses materiais foram utilizados: sulfato de alumínio octadecahidratado como fonte de alumínio, sílicas gel, pirolítica e silicato de sódio como fonte de silício, hidróxido de sódio como fonte de sódio e ácido sulfúrico. Também foram empregadas no gel de síntese amostras de ZSM-5 comercial CBV 2314 como sementes de cristalização. Todas as amostras sintetizadas foram caracterizadas por DRX. Porém, apenas a amostra utilizada como padrão de referência foi caracterizada também por FT-IR, TG/DTA e BET a fim de compreender suas propriedades físico-químicas. As análises de DRX indicaram a formação da zeólita ZSM-5 para todas as fontes de sílica utilizadas, no entanto, foram obtidos melhores resultados com o silicato de sódio como fonte precursora de silício, com razão SiO2/Al2O3=50. As amostras com os SAR’s 25 e 100 obtiveram fases concorrentes para as amostras em tempos superiores a 15 e 24 horas, respectivamente. Os espectros na região do infravermelho confirmaram as bandas de absorção características da zeólita ZSM-5. As análises térmicas apresentaram duas etapas de perda de massa, a primeira relacionada à remoção de água fisicamente adsorvida e a segunda à dessorção de moléculas de amônia, já que a ZSM-5 comercial em sua forma amoniacal foi utilizada como semente. Os resultados de BET por sua vez, revelaram isoterma do tipo I e valor da área específica elevado, características típicas de sólidos microporosos. Nas microscopias, puderam-se observar cristalitos na forma prismática, com diferentes tamanhos de comprimento, concordando com a literatura. Os resultados mostraram que as metodologias de síntese foram eficazes na formação de cristais da ZSM-5. Visto isso, este estudo evidenciou o silicato de sódio como fonte de silício mais adequada com razão SiO2/Al2O3=50, OH/SiO2=0,15 e 10% de sementes, onde se obteve o material 100% cristalino em 13 horas de síntese a 170 ºC. Logo, foi possível propor uma plausível rota de síntese para a zeólita estudada.

A pirólise rápida é uma tecnologia promissora para a conversão de biomassa. O principal produto desse processo é o bio-óleo, um líquido com elevada densidade energética, com potencialidades para a aplicação na produção de combustíveis e compostos renováveis. No entanto, existem ainda algumas barreiras para a sua utilização direta e um pós-processamento pode ser necessário. O uso de catalisadores no pós-processamento de bio-óleo, ou durante o processo de pirólise rápida, configura-se como alternativa para a produção direta de combustíveis e de produtos químicos com valor agregado, pois o processamento catalítico, além de elevar o rendimento, melhora a qualidade do bio-óleo produzido. O presente trabalho apresenta uma contribuição para o desenvolvimento do processo de pirólise rápida como uma rota viável de processamento de biomassas residuais, visando a obtenção de bio-óleo com propriedades adequadas a sua aplicação direta como combustível ou ainda para o fracionamento em produtos de interesse na indústria química. Este estudo compreende a síntese e avaliação do desempenho de diferentes catalisadores para o processo de pirólise rápida, bem como o projeto de uma unidade flexível para o processamento de biomassas através do processo de pirólise rápida catalítica. Catalisadores foram sintetizados através de diferentes metodologias e a sua atividade para a pirólise rápida foi avaliada através de ensaios utilizando moléculas representativas dos produtos da pirólise. O emprego de catalisadores a base de HZSM-5 modificada por metais permitiu, em alguns casos, o aumento na eficiência da reação de pirólise. A incorporação de zinco, gálio e nióbio resultou em aumento da atividade, elevando a produção de compostos aromáticos a partir da conversão catalítica de furanos. Os catalisadores de zinco apresentaram melhores resultados, possivelmente devido à maior incorporação do zinco nos sítios ácidos da zeólita, produzindo novos sítios capazes de elevar a taxa da reação de aromatização. Uma avaliação das alterações superficiais dos catalisadores permitiu correlacionar algumas propriedades do catalisador com sua atividade para a pirólise rápida e distribuição de produtos, permitindo também, em alguns casos, a identificação de possíveis rotas reacionais. As variáveis de processo, tais como temperatura de reação, velocidade espacial e presença de diferentes teores de água, simulando teores de água presentes em biomassas típicas, foram avaliadas. Verificou-se a importância da co-alimentação de água nos ensaios padrão para verificação da atividade de catalisadores para aplicação em pirólise rápida de biomassa. A água produz uma nova rota reacional na presença de HZSM-5 (reação de hidrólise), o que altera significativamente a distribuição de produtos da pirólise. / Fast pyrolysis is a promising technology for converting biomass into liquid fuels and chemicals. The main product of this process is bio-oil, a liquid with high energy density, which enables its use as a renewable source for the production of energy, fuels and chemicals. However, there are some barriers to its direct use as a fuel, and a post-processing may be needed. The use of catalysts for bio-oil upgrading or combined with the fast pyrolysis process is an alternative to the direct production of fuels, since the catalyst improves the quality and stability of bio-oil, as well as improving the pyrolysis yield. This work presents a contribution to the development of the fast pyrolysis process as a viable processing route for biomass conversion into fuels and chemicals. This study involves the synthesis and evaluation of different catalysts for the fast pyrolysis process, as well as the design of a flexible unit for the processing of biomass by catalytic fast pyrolysis. Catalysts were synthesized using different methods and their activity was evaluated by using furans as representative compounds of pyrolysis-derived products. Studies were conducted to identify catalysts with desirable properties for biofuel production. The incorporation of metals on HZSM-5 resulted in a promoting effect on catalytic conversion of furans. Zinc, niobium and gallium showed better activity than unmodified HZSM-5, increasing the aromatics production. Zinc catalysts presented the best result among samples, possibly due to a greater incorporation of zinc in the zeolite acid sites, producing new sites that are capable of increasing the rate of the aromatization reaction. An evaluation of the catalyst surface changes allowed the determination of the correlation between certain catalyst properties and their activity. It also allowed the identification of possible reaction pathways. Process variables such as reaction temperature, space velocity and water vapour pressure were also evaluated. The importance of water co-feeding in standard tests for catalysts activity evaluation was studied. Water produces a new reaction pathway in the presence of HZSM-5 (hydrolysis reaction), which significantly changes the distribution of pyrolysis products.

A reação de transformação de MeOH em olefinas leves foi investigada sobre zeólitas HZSM-5 com razões SiO2/Al2O3 (SAR) iguais a 30, 80 e 280. As propriedades ácidas e texturais da amostra com SAR 30 foram modificadas por impregnação com ácido fosfórico. A caracterização físico-química das amostras foi realizada empregando-se as técnicas de FRX, fisissorção de N2, DRX, DTP de NH3 e IV com adsorção de piridina. O desempenho catalítico das mesmas foi comparado tanto em condições reacionais similares (mesma T, pressão parcial de MeOH e WHSV) como em condições de isoconversão. Verificou-se, que quanto maior a SAR da zeólita, menor a densidade total e a força dos sítios ácidos presentes, sendo este efeito mais significativo para os sítios de Brönsted. O efeito do aumento da SAR favoreceu a estabilidade catalítica e a formação de olefinas leves, principalmente propeno. No caso das amostras contendo fósforo, foi observada uma redução linear na área específica BET e no volume de microporos com o aumento do teor de fósforo. Estes resultados, aliados aos obtidos por DRX, sugerem que a redução mais significativa na área específica e no volume de microporos pode ser associada à redução na cristalinidade e à formação de espécies amorfas contendo fósforo, que bloqueariam a estrutura porosa da zeólita. Não se observou alteração significativa na força dos sítios fracos, enquanto a força dos sítios fortes diminuiu significativamente. As amostras apresentando menor SAR e menor teor de fósforo foram mais ativas. Por outro lado, em condições de isoconversão de 916%, a amostra mais seletiva à formação de olefinas foi aquela com maior SAR. Dentre as amostras impregnadas, aquela contendo 4% de fósforo foi a mais seletiva a propeno, enquanto a que continha 6% foi mais seletiva a eteno. A amostra com SAR igual a 280 foi investigada variando-se a temperatura de reação (400, 500 e 540C) e a pressão parcial de metanol (0,038; 0,083 e 0,123 atm), através de um planejamento experimental do tipo Box-Benhnken (32). O rendimento otimizado em olefinas leves foi alcançado a 480C e 0,08 atm. O modelo proposto descreveu bem os dados experimentais e evidenciou a existência de uma faixa ótima de temperatura para maximização do rendimento em propeno e eteno, o qual foi também afetado pela pressão parcial de MeOH na faixa estudada. Palavras-chave: ZSM-5, olefinas, propeno, eteno, processo MTO, fósforo. / The MeOH transformation into light olefins was investigated over HZSM-5 zeolites with SiO2/Al2O3 (SAR) = 30, 80 and 280. The acidic and textural properties of the SAR 30 were modified by impregnation with orthophosphoric acid. Textural characterization and physiochemical like FRX, fisisorption of N2, DRX, DTP of NH3 and IR with pyridine adsorption were used. The catalytic performance of the samples evaluated and compared at both isoconversion and iso-operacional. It was verified, that the increase in SAR of the zeolite reduced acid site density and strenght of the acid sites, particularly for the Brönsted acid sites, favoring the catalytic stability and the formation of light olefins, mainly propene. The characterizations indicated a linearr reduction in the specific BET surface area and in the microporous volume with the increase of the phosphorous incorporation. These results, together with over obtained by DRX, suggest that the most significant reduction in the specific area and in the microporos volume can be associated to the reduction in the cristalinity as well as to the formation of amorphous species containing phosphorous, that would block the zeolite porous structure . No significant alteration was observed in the strenght of the weak sites, although the strong acid sites strenght significantly decreased. The low SAR and slow phosphorous incorporation ware more active. On the other hand, at isoconversion conditions (916), the most selective samples to olefins formation were those with high SAR. Among the impregnated samples, the one containing 4% of phosphorous was more selective to olefins. The sample with SAR equal to 280 was investigated under different reaction temperature (400, 500 and 540C) and methanol partial pressure (0,038; 0,083 and 0,123 atm), following Box-Benhnken (32) experimental planning type. The optimized light olefins yield was reached at 480C and 0,08 atm. The proposed model described well the experimental data and evidenced the existence of a range of temperature for maximization of the propene and ethene, which was also affected by the partial pressure of methanol in the studied range.

A pirólise rápida é uma tecnologia promissora para a conversão de biomassa. O principal produto desse processo é o bio-óleo, um líquido com elevada densidade energética, com potencialidades para a aplicação na produção de combustíveis e compostos renováveis. No entanto, existem ainda algumas barreiras para a sua utilização direta e um pós-processamento pode ser necessário. O uso de catalisadores no pós-processamento de bio-óleo, ou durante o processo de pirólise rápida, configura-se como alternativa para a produção direta de combustíveis e de produtos químicos com valor agregado, pois o processamento catalítico, além de elevar o rendimento, melhora a qualidade do bio-óleo produzido. O presente trabalho apresenta uma contribuição para o desenvolvimento do processo de pirólise rápida como uma rota viável de processamento de biomassas residuais, visando a obtenção de bio-óleo com propriedades adequadas a sua aplicação direta como combustível ou ainda para o fracionamento em produtos de interesse na indústria química. Este estudo compreende a síntese e avaliação do desempenho de diferentes catalisadores para o processo de pirólise rápida, bem como o projeto de uma unidade flexível para o processamento de biomassas através do processo de pirólise rápida catalítica. Catalisadores foram sintetizados através de diferentes metodologias e a sua atividade para a pirólise rápida foi avaliada através de ensaios utilizando moléculas representativas dos produtos da pirólise. O emprego de catalisadores a base de HZSM-5 modificada por metais permitiu, em alguns casos, o aumento na eficiência da reação de pirólise. A incorporação de zinco, gálio e nióbio resultou em aumento da atividade, elevando a produção de compostos aromáticos a partir da conversão catalítica de furanos. Os catalisadores de zinco apresentaram melhores resultados, possivelmente devido à maior incorporação do zinco nos sítios ácidos da zeólita, produzindo novos sítios capazes de elevar a taxa da reação de aromatização. Uma avaliação das alterações superficiais dos catalisadores permitiu correlacionar algumas propriedades do catalisador com sua atividade para a pirólise rápida e distribuição de produtos, permitindo também, em alguns casos, a identificação de possíveis rotas reacionais. As variáveis de processo, tais como temperatura de reação, velocidade espacial e presença de diferentes teores de água, simulando teores de água presentes em biomassas típicas, foram avaliadas. Verificou-se a importância da co-alimentação de água nos ensaios padrão para verificação da atividade de catalisadores para aplicação em pirólise rápida de biomassa. A água produz uma nova rota reacional na presença de HZSM-5 (reação de hidrólise), o que altera significativamente a distribuição de produtos da pirólise. / Fast pyrolysis is a promising technology for converting biomass into liquid fuels and chemicals. The main product of this process is bio-oil, a liquid with high energy density, which enables its use as a renewable source for the production of energy, fuels and chemicals. However, there are some barriers to its direct use as a fuel, and a post-processing may be needed. The use of catalysts for bio-oil upgrading or combined with the fast pyrolysis process is an alternative to the direct production of fuels, since the catalyst improves the quality and stability of bio-oil, as well as improving the pyrolysis yield. This work presents a contribution to the development of the fast pyrolysis process as a viable processing route for biomass conversion into fuels and chemicals. This study involves the synthesis and evaluation of different catalysts for the fast pyrolysis process, as well as the design of a flexible unit for the processing of biomass by catalytic fast pyrolysis. Catalysts were synthesized using different methods and their activity was evaluated by using furans as representative compounds of pyrolysis-derived products. Studies were conducted to identify catalysts with desirable properties for biofuel production. The incorporation of metals on HZSM-5 resulted in a promoting effect on catalytic conversion of furans. Zinc, niobium and gallium showed better activity than unmodified HZSM-5, increasing the aromatics production. Zinc catalysts presented the best result among samples, possibly due to a greater incorporation of zinc in the zeolite acid sites, producing new sites that are capable of increasing the rate of the aromatization reaction. An evaluation of the catalyst surface changes allowed the determination of the correlation between certain catalyst properties and their activity. It also allowed the identification of possible reaction pathways. Process variables such as reaction temperature, space velocity and water vapour pressure were also evaluated. The importance of water co-feeding in standard tests for catalysts activity evaluation was studied. Water produces a new reaction pathway in the presence of HZSM-5 (hydrolysis reaction), which significantly changes the distribution of pyrolysis products.

A pirólise rápida é uma tecnologia promissora para a conversão de biomassa. O principal produto desse processo é o bio-óleo, um líquido com elevada densidade energética, com potencialidades para a aplicação na produção de combustíveis e compostos renováveis. No entanto, existem ainda algumas barreiras para a sua utilização direta e um pós-processamento pode ser necessário. O uso de catalisadores no pós-processamento de bio-óleo, ou durante o processo de pirólise rápida, configura-se como alternativa para a produção direta de combustíveis e de produtos químicos com valor agregado, pois o processamento catalítico, além de elevar o rendimento, melhora a qualidade do bio-óleo produzido. O presente trabalho apresenta uma contribuição para o desenvolvimento do processo de pirólise rápida como uma rota viável de processamento de biomassas residuais, visando a obtenção de bio-óleo com propriedades adequadas a sua aplicação direta como combustível ou ainda para o fracionamento em produtos de interesse na indústria química. Este estudo compreende a síntese e avaliação do desempenho de diferentes catalisadores para o processo de pirólise rápida, bem como o projeto de uma unidade flexível para o processamento de biomassas através do processo de pirólise rápida catalítica. Catalisadores foram sintetizados através de diferentes metodologias e a sua atividade para a pirólise rápida foi avaliada através de ensaios utilizando moléculas representativas dos produtos da pirólise. O emprego de catalisadores a base de HZSM-5 modificada por metais permitiu, em alguns casos, o aumento na eficiência da reação de pirólise. A incorporação de zinco, gálio e nióbio resultou em aumento da atividade, elevando a produção de compostos aromáticos a partir da conversão catalítica de furanos. Os catalisadores de zinco apresentaram melhores resultados, possivelmente devido à maior incorporação do zinco nos sítios ácidos da zeólita, produzindo novos sítios capazes de elevar a taxa da reação de aromatização. Uma avaliação das alterações superficiais dos catalisadores permitiu correlacionar algumas propriedades do catalisador com sua atividade para a pirólise rápida e distribuição de produtos, permitindo também, em alguns casos, a identificação de possíveis rotas reacionais. As variáveis de processo, tais como temperatura de reação, velocidade espacial e presença de diferentes teores de água, simulando teores de água presentes em biomassas típicas, foram avaliadas. Verificou-se a importância da co-alimentação de água nos ensaios padrão para verificação da atividade de catalisadores para aplicação em pirólise rápida de biomassa. A água produz uma nova rota reacional na presença de HZSM-5 (reação de hidrólise), o que altera significativamente a distribuição de produtos da pirólise. / Fast pyrolysis is a promising technology for converting biomass into liquid fuels and chemicals. The main product of this process is bio-oil, a liquid with high energy density, which enables its use as a renewable source for the production of energy, fuels and chemicals. However, there are some barriers to its direct use as a fuel, and a post-processing may be needed. The use of catalysts for bio-oil upgrading or combined with the fast pyrolysis process is an alternative to the direct production of fuels, since the catalyst improves the quality and stability of bio-oil, as well as improving the pyrolysis yield. This work presents a contribution to the development of the fast pyrolysis process as a viable processing route for biomass conversion into fuels and chemicals. This study involves the synthesis and evaluation of different catalysts for the fast pyrolysis process, as well as the design of a flexible unit for the processing of biomass by catalytic fast pyrolysis. Catalysts were synthesized using different methods and their activity was evaluated by using furans as representative compounds of pyrolysis-derived products. Studies were conducted to identify catalysts with desirable properties for biofuel production. The incorporation of metals on HZSM-5 resulted in a promoting effect on catalytic conversion of furans. Zinc, niobium and gallium showed better activity than unmodified HZSM-5, increasing the aromatics production. Zinc catalysts presented the best result among samples, possibly due to a greater incorporation of zinc in the zeolite acid sites, producing new sites that are capable of increasing the rate of the aromatization reaction. An evaluation of the catalyst surface changes allowed the determination of the correlation between certain catalyst properties and their activity. It also allowed the identification of possible reaction pathways. Process variables such as reaction temperature, space velocity and water vapour pressure were also evaluated. The importance of water co-feeding in standard tests for catalysts activity evaluation was studied. Water produces a new reaction pathway in the presence of HZSM-5 (hydrolysis reaction), which significantly changes the distribution of pyrolysis products.

Comparative studies over micro-/mesoporous Cu-containing zeolites ZSM-5 prepared by top-down treatment involving NaOH, TPAOH or mixture of NaOH/TPAOH (tetrapropylammonium hydroxide) were conducted. The results of the catalytic data revealed the highest activity of the Cu-ZSM-5 catalyst both in the absence and presence of water vapor. The physico-chemical characterization (diffuse reflectance UV-Vis (DR UV-Vis), Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy, electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy, temperature-programmed desorption of NOx (TPD-NOx), and microkinetic modeling) results indicated that the microporous structure of ZSM-5 effectively stabilized isolated Cu ion monomers. Besides the attempts targeted to the modification of the textural properties of the parent ZSM-5, in the next approach, we studied the effect of the co-presence of sodium and copper cations in the microporous H-ZSM-5. The presence of co-cation promoted the evolution of [Cu–O–Cu]2+ dimers that bind NOx strongly with the desorption energy barrier of least 80 kJ mol−1. Water presence in the gas phase significantly decreases the rate of ammonia oxidation, while the reaction rates and activation energies of NH3-SCR remain unaffected.