Submitted by Alison Vanceto (alison-vanceto@hotmail.com) on 2016-10-21T11:11:40Z No. of bitstreams: 1 TeseJRSJ.pdf: 5314232 bytes, checksum: 9352e78958e9a2f45a12e9a77f564bdd (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-11-08T18:37:37Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseJRSJ.pdf: 5314232 bytes, checksum: 9352e78958e9a2f45a12e9a77f564bdd (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-11-08T18:37:44Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseJRSJ.pdf: 5314232 bytes, checksum: 9352e78958e9a2f45a12e9a77f564bdd (MD5) / Made available in DSpace on 2016-11-08T18:37:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseJRSJ.pdf: 5314232 bytes, checksum: 9352e78958e9a2f45a12e9a77f564bdd (MD5) Previous issue date: 2015-09-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / It was studied the catalytic performance of ZSM-12 zeolites modified by desilication in the cracking of naphthenic hydrocarbons. ZSM-12 zeolites with nominal a SiO2/Al2O3 ratio were synthesized during 96 or 144 h under hydrothermal conditions and the obtained zeolites were treated with NaOH solutions under different conditions. The samples were characterized by thermogravimetric analysis (TA), X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), N2 physisorption, temperature programmed desorption of ammonia (NH3-TPD), 27Al MAS NMR spectroscopy, energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX) and infrared spectroscopy (Py-FTIR). The treatment with NaOH solutions under mild conditions was more effective for the ZSM-12 zeolite synthesized during 96 h. For the HZ12-96-0,2 sample, obtained by treatment at 35 °C with 0.2 mol.L-1 NaOH solution during 15 min, it was verified an increase in the external surface area and the formation of mesopores in the range of 2 to 14 nm. On that zeolite occurred a higher yields to light olefins during the cracking of cyclohexane at 400 °C and also in the cracking of methyl and ethylcyclohexane at 450 °C. This result was mainly related to the higher density of acid sites exhibited by the HZ12-96-0,2 zeolite compared with the parent ZSM-12 one, as consequence of the applied alkaline treatment. It was also verified that the ZSM-12 zeolites modified by more severe alkaline treatment (0.5 or 1.0 mol.L-1 NaOH solution at 80 °C for 30 min) presented significant increase of the external surface area and mesopores volume. The catalytic cracking of cyclohexane, methylcyclohexane and ethylcyclohexane at 500 °C, as well as the physicochemical characteristics of the MZ12-96-0,5 zeolite enhanced the formation of light olefins. The highest yield to light olefins was obtained on that zeolite during the cracking of ethylcyclohexane, which increased 9% when compared with the yield obtained on the not modified HZSM-12 zeolite. The selectivity to light olefins on the studied HZSM-12 zeolites was strongly influenced by presence of a side chain in the naphthenic ring (methyl or ethyl), as well as by the employed cracking operating conditions. / Estudou-se o desempenho de zeólitas ZSM-12 modificadas por dessilicalização no craqueamento de hidrocarbonetos naftênicos. Zeólitas ZSM-12 com razão SiO2/Al2O3 igual a 80 foram sintetizadas em 96 ou 144 h sob condições hidrotérmicas. As zeólitas ZSM-12 obtidas foram modificadas sob diferentes condições de tratamento alcalino com soluções de NaOH e posteriormente caracterizadas por termogravimetria, difratometria de raios X, microscopia eletrônica de varredura, fisissorção de nitrogênio, dessorção de amônia à temperatura programada, ressonância magnética nuclear do 27Al, espectroscopia de energia dispersiva de raios X e espectroscopia na região do infravermelho com adsorção de piridina. O tratamento alcalino, sob condições mais brandas, foi mais efetivo para a zeólita ZSM-12 sintetizada em menor tempo de cristalização (96 h). Para a zeólita HZ12-96-0,2, obtida por tratamento com solução de NaOH 0,2 mol.L-1 a 35 °C por 15 min, verificou-se um aumento na área superficial externa e distribuição de tamanho de mesoporos entre 2 e 14 nm. Nessa zeólita, ocorreu um maior rendimento a olefinas leves no craqueamento de cicloexano a 400 °C e, também, no craqueamento de metil- e etil-cicloexano realizado a 450 °C. Esse resultado foi relacionado, principalmente, com a maior concentração de sítios ácidos na zeólita HZ12- 96-0,2, em relação à zeólita HZSM-12 precursora, como consequência do tratamento alcalino. Verificou-se, também, que as zeólitas ZSM-12 modificadas por tratamento alcalino, sob condições mais severas (solução de NaOH 0,5 ou 1,0 mol.L-1 a 80 °C por 30 min), apresentaram aumento significativo de área superficial externa e volume de mesoporos. O craqueamento de cicloexano, metil- e etil-cicloexano realizado a 500 °C, assim como as características físicas e químicas da zeólita MZ12-96-0,5, favoreceram a formação de olefinas leves. O maior rendimento a olefinas leves ocorreu durante o craqueamento do etil-cicloexano sobre essa zeólita, com aumento desse rendimento em torno de 9% quando comparado ao rendimento obtido sobre a zeólita HZSM-12 não modificada. A seletividade a olefinas leves sobre as zeólitas HZSM-12 preparadas neste estudo sofreu forte influência da presença da cadeia lateral no anel naftênico (metil ou etil), assim como também das condições operacionais de craqueamento empregadas.

Submitted by Alison Vanceto (alison-vanceto@hotmail.com) on 2017-02-09T10:54:21Z No. of bitstreams: 1 DissHRAD.pdf: 15161052 bytes, checksum: e10c4924acc9cc8afc5ecbec12ee85aa (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-03-20T17:16:45Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissHRAD.pdf: 15161052 bytes, checksum: e10c4924acc9cc8afc5ecbec12ee85aa (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-03-20T17:16:55Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissHRAD.pdf: 15161052 bytes, checksum: e10c4924acc9cc8afc5ecbec12ee85aa (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-20T17:24:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissHRAD.pdf: 15161052 bytes, checksum: e10c4924acc9cc8afc5ecbec12ee85aa (MD5) Previous issue date: 2015-03-13 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Nowadays, the Brazilian petroleum is extracted from very deep fields and possesses a high naphthenic hydrocarbons composition, which imposes new challenges to refineries and specially to the catalytic cracking process. In that process, the catalyst must act maximizing the production of the highly demanded gasoline, diesel and light olefins from heavy fractions. Taking into consideration the above discussed context, this work aimed to evaluate the effect of basic or acid treatments applied on ZSM-5 zeolites (Si/Al=12 or 23) in the activity to cyclohexane or methylcyclohexane transformation. XRD and 27Al-NMR showed that the dealuminated zeolites presented an increase in their crystallinity due to the extra-framework aluminum lixiviation. On the other hand, in the desilicated zeolites occurred a decrease in their crystallinity as a consequence of the extra-framework aluminum generation. MEV images do not evidence any morphological change that could have been produced by the acid or basic treatments, however, the desilicated ZSM-5 zeolites treated under harder conditions presented significant textural modifications. As expected, the chemical ICP analyses showed a decrease in the Si/Al ratio in the desilicated zeolites and an increase of that ratio for those dealuminated ones, being the last variation more significative in the external surface of the zeolite crystals, as was evidenced by XPS analyses. Data from NH3-TPD showed that the acid treatment resulted in a higher ratio of strong acid sites, which suffered more deactivation during reaction. N2 fisisorption analyses of the ZSM-5 zeolites, showed that the desilication done at higher temperature was more efficient to mesopore generation. In the cyclohexane and methylcyclohexane transformation, the dealuminated zeolites were less active due to their lower aluminum content, nevertheless were more stable and presented a small increase to light olefins selectivity. The desilicated ZSM-5 zeolites presented higher activity and higher yield to light olefins that were supported by their lower Si/Al ratio and mainly by the presence of mesoporosity that enhanced the reagents and products internal diffusivity. / A produção nacional de petróleo, extraído de jazidas cada vez mais profundas, possui um elevado teor de hidrocarbonetos naftênicos, o que impõe novos desafios às refinarias brasileiras e, em particular, ao processo de craqueamento catalítico. Nesse processo, o catalisador deve maximizar a transformação das frações pesadas em produtos de alta demanda como gasolina, diesel e olefinas leves. Nesse contexto, esta dissertação objetivou avaliar o efeito de tratamentos de lixiviação ácida ou básica em zeólitas ZSM-5 (Si/Al=12 ou 23), na atividade para a transformação de cicloexano ou metilcicloexano. Dados de DRX e 27Al-RMN mostraram que as zeólitas desaluminizadas apresentaram um aumento da sua cristalinidade devido à remoção de átomos de alumínio extra-rede, por outro lado, nas zeólitas dessilicalizadas ocorreu uma redução da cristalinidade devido à geração de alumínio extra rede. As micrografias de MEV não evidenciaram modificação morfológica devido aos tratamentos, entretanto nas amostras dessilicalizadas sob condições mais severas, houve significativa mudança das propriedades texturais. Como esperado, as análises químicas por ICP mostraram uma redução na razão Si/Al para as amostras dessilicalizadas e um aumento dessa razão para as zeólitas desaluminizadas, sendo essa variação mais significativa na superfície externa dos cristais, como mostraram resultados de XPS. As análises de DTP-NH3 mostraram que o tratamento ácido resultou numa maior proporção de sítios ácidos fortes, os quais sofreram maior desativação durante a reação. Dados de fisissorção de N2 das zeólitas mostraram que a dessilicalização em temperatura mais elevada foi mais eficiente na geração de mesoporos. Na transformação do cicloexano e do metilcicloexano, as zeólitas desaluminizadas apresentaram menor conversão como resultado da diminuição do teor de alumínio, entretanto tiveram maior estabilidade e apresentaram um ligeiro aumento na seletividade a olefinas leves. As amostras dessilicalizadas apresentaram maiores conversões e rendimentos a olefinas leves, que se justificaram em função da diminuição da razão Si/Al, mas principalmente, como resultado da presença de mesoporosidade, que melhorou a difusão interna de reagentes e produtos.

The development of micro-mesoporous hybrid aims to obtain materials with improved characteristics, since it tries to bring together to high acidity and thermal and hydrothermal stability of zeolites, with larger pore system and consequently better chance of diffusion of molecules within the mesoporous materials. Micro-mesoporous hybrid materials of ZSM-12/MCM-41 type with different micro and mesoporosity contributions were prepared by a procedure that uses the desilicalization of the zeolite in an alkaline medium, followed by recrystallization on the mesostructure, where the zeolite is used as the silica source in the formation of mesoporous phase. The ZSM-12 pure zeolite and MCM-41 pure were also prepared. The materials were characterized by X-ray diffraction, nitrogen adsorption-desorption at 77 K, scanning electron microscopy, infrared absorption spectroscopy and thermal analysis. The catalytic activity of these was analyzed in the catalytic cracking of cumene. The results shown that the methodology utilized is efficient to obtain hybrid materials of ZSM-12/MCM-41 type with micro-and mesoporosity optimized, and catalytic tests showed that the hybrid have the potential for cracking reactions, showing better results than the pure materials, pointing to it, the existing synergistic effect in these. / O desenvolvimento de híbridos micro-mesoporosos visa a obtenção de materiais com características melhoradas, uma vez que busca unir a elevada acidez e estabilidade térmica e hidrotérmica das zeólitas, com o maior sistema de poros e consequentemente melhor possibilidade de difusão de moléculas dos materiais mesoporosos. Materiais híbridos micro-mesoporosos do tipo ZSM-12/MCM-41 com diferentes contribuições de micro e mesoporosidade foram preparados por meio de um procedimento que se utiliza da dessilicalização de zeólitas em meio alcalino, seguida de recristalização em mesoestrutura, onde a zeólita é utilizada como fonte de sílica na formação da fase mesoporosa. A zeólita ZSM-12 pura e o MCM-41 puro também foram preparados. Os materiais foram caracterizados por difratometria de raios-X, adsorção-desorção de nitrogênio a 77 K, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia de absorção na região do infravermelho e análise termogravimétrica. A atividade catalítica destes foi analisada no craqueamento catalítico do cumeno. Os resultados obtidos através das técnicas de caracterização mostraram que a metodologia utilizada é eficiente para a obtenção de materiais híbridos do tipo ZSM-12/MCM-41 com contribuição de micro e mesoporosidade otimizadas, e os testes catalíticos mostraram que os híbridos têm potencial em reações de craqueamento, apresentando melhores resultados que os materiais puros, evidenciando com isso, o efeito sinérgico existente nestes.