Dissertação (mestrado)–Universidade de Brasília, Universidade UnB de Planaltina, Programa de Pós-Graduação em Ciência de Materiais, 2014. / Submitted by Ana Cristina Barbosa da Silva (annabds@hotmail.com) on 2015-07-01T17:36:48Z No. of bitstreams: 1 2014_RogerioGomesFaria.pdf: 3402972 bytes, checksum: f906c98445e34d1ace58db51a3b52007 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2015-07-02T12:11:36Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_RogerioGomesFaria.pdf: 3402972 bytes, checksum: f906c98445e34d1ace58db51a3b52007 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-07-02T12:11:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_RogerioGomesFaria.pdf: 3402972 bytes, checksum: f906c98445e34d1ace58db51a3b52007 (MD5) / Este trabalho busca demonstrar alguns meios de síntese de ferritas, através de métodos químicos, conhecidos como bottom-up: em que a nanoestrutura é construída através da combinação de átomos e moléculas. Esses métodos são simples e eficazes e possibilitam um maior controle sobre o processo por utilizarem precursores moleculares ou atômicos para a obtenção das nanopartículas. Abordaremos também os meios para a caracterização dessas partículas produzidas, usando meios físicos e químicos para defini-las. Foram aplicadas as técnicas de Difração de Raio X (DRX) e de Espectroscopia de Energia Dispersiva de Raios X (EDX). A meta desse estudo foi a produção de hexaferrita de bário tipo M com fórmula molecular BaFe12O19. Adotamos a estratégia de síntese em reator hidrotermal na busca da produção de partículas magnéticas em suspensão aquosa, na qual se notou, por caracterização, que não houve a formação dos produtos pretendidos para a síntese de ferrofluido. A outra estratégia utilizada foi à síntese por coprecipitação, pela qual obtivemos a presença da hexaferrita de bário em suspensão como era desejado, mas com subprodutos junto à solução. Aplicamos o tratamento térmico nas amostras buscando a pureza mais elevada da hexaferrita. Através da caracterização verificamos que tanto os resultados hidrotermais quanto os por coprecipitação necessitam passar por um tratamento térmico. Os resultados mais satisfatórios para obtenção de uma partícula magnética mais pura foram por meio de reação por coprecipitação e tratamento térmico. ______________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The purpose of this study is to demonstrate some ways of synthesis of ferrites through chemical methods, known as bottom-up in which the nanoestructure is constructed by the combination of atoms and molecules. These methods are simple and efficient and enable greater control of the process for they use molecular precursors or atomic to obtain the nanoparticles. We also discuss the ways to the characterization of the produced particles, using physical and chemical ways to their definition. We have applied the techniques of X-Ray Diffraction (XRD) and Energy Dispersive X-Rays Spectroscopy (EDS). This study aimed to produce M type barium hexaferrite with molecular structure BaFe12O19. We adopted the strategy of synthesis in hydrothermal reactor in order to produce magnetic particles in aqueous suspension, which has not demonstrated presence of the desired products to the synthesis of ferrofluid. Another strategy was the synthesis by coprecipitation, that demonstrated the appearance of barium hexaferrite in suspension as desired, despite the appearance of subproducts in the solution. We have applied the thermal treatment in the samples aiming the high purity hexaferrite. The characterization revealed that both hydrothermal results and those by copreciptation need thermal treatment. The most satisfactory results to obtain a higher pure magnetic particle have been by coprecipitation reaction and thermal treatment.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Química, 2013. / Submitted by Alaíde Gonçalves dos Santos (alaide@unb.br) on 2014-01-24T10:46:18Z No. of bitstreams: 1 2013_EsdrasSantosdeFigueiredo.pdf: 3267040 bytes, checksum: cbc2099fc9277a67c794ebba0675eb85 (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2014-02-19T14:44:12Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_EsdrasSantosdeFigueiredo.pdf: 3267040 bytes, checksum: cbc2099fc9277a67c794ebba0675eb85 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-02-19T14:44:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_EsdrasSantosdeFigueiredo.pdf: 3267040 bytes, checksum: cbc2099fc9277a67c794ebba0675eb85 (MD5) / As preocupações atuais com o meio ambiente impulsionam a pesquisa por novas matérias primas, materiais e combustíveis que causem menos impactos. Uma possibilidade é a troca de combustíveis fósseis por biocombustíveis, dentre estes o biodiesel tem sido um grande campo de pesquisa. O presente trabalho visou a caracterização estrutural e ácida de uma zeólita ferrierita e o estudo de sua atividade catalítica na reação de isomerização do ácido oleico para obtenção de biodiesel de cadeia ramificada. Inicialmente, investigou-se a estabilidade das propriedades estruturais e ácidas da zeólita ferrierita quando submetida ao processo de desaluminização com soluções de HCl de 0,25; 0,50; 1,0; 2,0; 4,0 e 8,0 mol L-1. A caracterização das amostras foi feita utilizando-se DRX, FRX/EDX, TG/DTG/DTA, FTIR, medidas de área superficial e porosidade, adsorção gasosa de piridina e RMN no estado sólido. Os resultados mostraram que a zeólita ferrierita apresentou alta estabilidade frente à desaluminização, chegando a um valor máximo de razão Si/Al = 7,9 sem a formação de espécies de alumínio fora da rede, i.e., todas as amostras apresentaram apenas sítios ácidos de Brønsted (temperatura de dessorção entre 400 e 800 ºC). Além disso, a adsorção de piridina em diferentes temperaturas mostrou que a mudança de fase da zeólita ferrierita de Pnnm para Immm permitiu o acesso a novos sítios de Brønsted (temperatura de dessorção entre 200 e 400 ºC). A análise da isomerização do ácido oleico por RMN de 1H evidenciou a formação de espécies ramificadas (seletividade de 39,4%) e lactonas insaturadas (seletividade de 60,6%), com uma conversão total de 39,6% após 24 h. Medidas de FTIR/HATR dos produtos da reação permitiu a identificação do isômero trans do ácido oleico. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The today concerns about the environment are boosting the scientific research for feedstocks, materials and fuels that are less harmful. One of many possibilities is the substitution of fossil fuels for biofuels. Among then, biodiesel has been widely investigated. The present work aimed the structure and acid characterization of zeolite ferrierite and the study of its catalytic activity in the skeletal isomerization of oleic acid to obtain branched-chain biodiesel. Initially, the structural and acidic properties of zeolite ferrierite were investigated by the dealumination process with 0.25, 0.50, 1.0, 2.0, 4.0 and 8.0 mol L-1 HCl solutions. The samples were characterized by XRD, XRF/EDX, TGA/DTG/DTA, FTIR, surface area and porosity measurements, pyridine gaseous adsorption and solid state NMR. The results showed that zeolite ferrierite exhibited high stability towards dealumination, reaching a maximum value of Si/Al ratio = 7.9 without the formation of extra-framework aluminium species, i.e., all the samples presented only Brønsted acid sites (desorption temperature between 400 and 800 ºC). In addition, the adsorption of pyridine at different temperatures showed that the phase transition of zeolite ferrierite from Pnnm to Immm allowed the access to new Brønsted sites (desorption temperature between 200 and 400 ºC). The analysis of oleic acid isomerization by 1H NMR evidenced the formation of branched-chain species (39.4% selectivity) and unsaturated lactones (60.6% selectivity), with a total conversion of 39.6% after 24 h. FTIR/HATR measurements of the reaction products allowed the identification of the oleic acid trans isomer.

Ferrierite is a high silica zeolite, with bidimensional microporous structure, that shows remarkable performance as acid catalyst in some reactions involving hydrocarbons, especially the isomerization of n-butene to isobutene. In most cases, ferrierite synthesis requires the use of organic structure-directing agents, which increases the material production cost and, consequently, hinders its application on an industrial scale. In the present work, a synthesis route to ferrierite zeolite without using any organic structure agent was developed, starting from a reaction mixture containing seed crystals. The samples were synthesized by hydrothermal method at the temperature of 170 ºC, employing the following reagents: pseudoboehmite, sodium hydroxide, potassium hydroxide and commercial silica. Seeds were prepared from a commercial ferrierite sample with high crystallinity. The synthesis parameters evaluated were as follows: percentage of seeds (5 and 15%), water content (300 and 500 mol) and synthesis time (12 to 72 h). The samples obtained were characterized by X-ray diffraction (XRD), absorption spectroscopy in the infrared region (FT-IR), thermal analysis (TG/DTA) and scanning electron microscopy (SEM). XRD results showed that ferrierite with good crystallinity can be synthesized in a period of 12 h, using a percentage of seeds of 15%, which proves the effectiveness of the proposed methodology. The water content did not affect significantly the crystallization time of ferrierite. However, the more diluted system delayed the advent of contaminating phases such as mordenite. The samples submitted for analysis by infrared spectroscopy showed absorption bands typical of zeolitic structures. Thermal analysis results showed a mass loss of 11 to 14% in the temperature range between 30 and 500 ºC, mainly attributed to the material dehydration. Scanning electron microscopy revealed that the ferrierite produced has an irregular morphology, due to the intergrowth of crystals. / A ferrierita é uma zeólita de alta sílica, com estrutura microporosa bidimensional, que apresenta notável desempenho como catalisador ácido em algumas reações envolvendo hidrocarbonetos, com destaque para a isomerização do n-buteno em isobuteno. Na maioria dos casos, a síntese da ferrierita exige a utilização de agentes orgânicos direcionadores de estrutura, o que aumenta o custo de produção do material e, consequentemente, dificulta sua aplicação em escala industrial. No presente trabalho foi desenvolvida uma rota de síntese da zeólita ferrierita sem o uso de direcionador orgânico, partindo de uma mistura reacional contendo sementes de cristalização. As amostras foram sintetizadas pelo método hidrotérmico à temperatura de 170 ºC, empregando os seguintes reagentes: pseudobohemita, hidróxido de sódio, hidróxido de potássio e sílica comercial. As sementes foram preparadas a partir de uma amostra de ferrierita comercial com alta cristalinidade. Os parâmetros de síntese avaliados foram o percentual de sementes (5 e 15%), o teor de água do sistema reacional (300 e 500 mol) e o tempo de síntese (12 a 72 h). As amostras obtidas foram caracterizadas por difratometria de raios X (DRX), espectroscopia de absorção na região do infravermelho (FT-IR), análises térmicas (TG/DTA) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados de DRX demonstraram que ferrierita com boa cristalinidade pode ser sintetizada em um período de 12 h, empregando um percentual de sementes de 15%, o que comprova a eficácia da metodologia proposta. O teor de água não influenciou de maneira significativa o tempo de cristalização da ferrierita. No entanto, o sistema mais diluído retardou o surgimento de fases contaminantes, como a mordenita. As amostras submetidas à análise por espectroscopia de infravermelho apresentaram as bandas de absorção típicas das estruturas zeolíticas. Os resultados das análises térmicas mostraram uma perda de massa de 11 a 14% na faixa de temperatura entre 30 e 500 ºC, atribuída principalmente à desidratação do material. A microscopia eletrônica de varredura revelou que a ferrierita produzida possui morfologia irregular, devido ao intercrescimento dos cristais.

Zeolites are crystalline aluminosilicates of natural or synthetic origin, with a structure consisting of an extensive microporous three-dimensional network, routinely used as catalysts, ion exchange and adsorbents. The production of ferrierite and other zeolites are limited due to the high cost of the organic structure-directing agents used in synthesis. Many studies are conducted with the goal of finding a viable and more economical route to the possibility of industrial scale production. The purpose of this study was to obtain a methodology for synthesis of ferrierite without using organic structure-directing agents, by hydrothermal method, inserting seeds during the crystallization gel preparation and varying the alkaline concentration of the mixture in order to achieve shorter times of crystallization and lower cost production at a temperature of 200°C. For the synthesis of materials prepared in this work were used: fumed silica as silicon source, pseudoboehmite as a source of aluminum, sodium and potassium hydroxide as sodium and potassium sources, respectively. As seeds to crystallization, samples of commercial ferrierita were used. The synthesized samples were characterized by X-ray diffraction (XRD), spectroscopy of the Fourier transform infrared (FT-IR) and thermal analysis (TG/DTA). The X-ray diffraction patterns showed characteristic peaks of zeolite desired in all conditions of synthesis. The infrared spectra showed bands characteristic of ferrierite, as a further indication of the formation of zeolite. TG curves showed a mass loss of up to 10% in the temperature range from 23 to 400°C. The results of the analysis confirmed the formation of zeolite ferrierite with good crystallinity and purity, proving the efficiency of the methodology. / As zeólitas são aluminossilicatos cristalinos, de origem natural ou sintética, com estrutura constituída por uma extensa rede tridimensional microporosa, rotineiramente utilizadas como catalisadores, trocadores iônicos e adsorventes. A produção da ferrierita, e outras zeólitas, são limitadas devido ao alto custo do direcionador orgânico utilizado na síntese. Muitos estudos são realizados com o objetivo de encontrar uma rota mais econômica e viável para a possibilidade de produção em escala industrial. O objetivo deste trabalho foi obter uma metodologia para síntese da ferrierita sem utilizar direcionador orgânico, pelo método hidrotérmico, inserindo sementes de cristalização durante o preparo do gel e variando a concentração alcalina da mistura reacional, a fim de alcançar menores tempos de cristalização e menor custo de produção, numa temperatura de 200°C. Para a síntese do material preparado neste trabalho foram utilizados: sílica fumed como fonte de silício, pseudoboehmita como fonte de alumínio, e hidróxido de sódio e potássio como fontes de sódio e potássio, respectivamente. Já para sementes de cristalização, foram utilizadas amostras de ferrierita comercial. As amostras sintetizadas foram caracterizadas por difração de raios X (DRX), espectroscopia na região do infravermelho por transformadas de Fourier (FT-IR) e análises térmicas (TG/DTA). Os difratogramas de raios X mostraram picos característicos da zeólita desejada em todas as condições de síntese. Os espectros de infravermelho apresentaram bandas características da ferrierita, sendo mais um indício da formação da zeólita. As curvas de TG mostraram uma perda de massa de no máximo 10% numa faixa de temperatura de 23 a 400°C. Os resultados das análises realizadas comprovaram a formação da zeólita ferrierita com boa cristalinidade e pureza, comprovando a eficiência da metodologia proposta.

Submitted by Ana Hilda Fonseca (anahilda@ufba.br) on 2016-04-29T15:57:07Z No. of bitstreams: 1 Dissertação Maurício Brandão dos Santos.pdf: 3641159 bytes, checksum: 88e0cb2e8aa02b484840cb026ee24d5f (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Hilda Fonseca (anahilda@ufba.br) on 2016-05-12T16:07:25Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação Maurício Brandão dos Santos.pdf: 3641159 bytes, checksum: 88e0cb2e8aa02b484840cb026ee24d5f (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-12T16:07:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação Maurício Brandão dos Santos.pdf: 3641159 bytes, checksum: 88e0cb2e8aa02b484840cb026ee24d5f (MD5) / CAPES / A produção de biodiesel no Brasil é hoje uma realidade, mas para que o processo seja economicamente viável faz-se necessário o aproveitamento do glicerol obtido como coproduto. Produtos mais rentáveis podem ser obtidos por diversas rotas catalíticas. A acroleína que é um intermediário químico na produção de ácido acrílico e seus polímeros pode ser obtida pela desidratação de glicerol, em fase gasosa. Esta reação é favorecida sobre catalisadores ácidos, especialmente os zeólitos. Estes materiais são aluminossilicatos microporosos, com estrutura tridimensional e acidez que pode ser ajustada pela razão molar SiO2/Al2O3. A depender da estrutura do zeólito, de sua acidez e propriedades texturais, podem ser obtidas altas conversões e seletividades na desidratação do glicerol a acroleína, em fase gasosa, mas geralmente observa-se rápida desativação pela deposição de coque. Os melhores resultados de conversão de glicerol na literatura foram obtidos com o zeólito H-β e o H-ZSM-5. Porém, apesar do zeólito ferrierita apresentar baixa conversão e da não existência de estudos exploratórios dessa topologia na literatura Kim e colaboradores apontam melhores seletividades a acroleína para o zeólito ferrieita. O zeólito ferrierita (FER) é composto estruturalmente por canais com anéis de dez membros intersectados perpendicularmente a canais formados por anéis de oito membros. A síntese hidrotérmica estática deste zeólito pode ser realizada em meio hidróxido ou fluoreto. Ademais, diferentes composições de gel de síntese são encontradas na literatura utilizando diferentes agentes direcionadores de estrutura. Neste trabalho a síntese do zeólito ferrierita foi realizada utilizando etilenodiamina, em meio hidróxido e piridina e/ou n-butilamina para o meio fluoreto, com diferentes razões molares SiO2/Al2O3. Os materiais foram caracterizados e avaliados cataliticamente na desidratação do glicerol a acroleína em fase gasosa. A utilização de ar sintético como gás de arraste, regenera sítios ácidos coqueados nas primeiras horas de teste catalítico e, mantém a conversão de glicerol e a seletividade a acroleína praticamente constantes nas demais horas de reação. A medida que aumenta a razão SiO2/Al2O3 maior a fração de sítios ácidos moderados e melhor o desempenho catalítico. A temperatura de 300ºC foi a que conduziu melhores atividades para os zeólitos obtidos nos dois meios. A medida que se aumenta o tempo espacial, maior a seletividade a acroleína. A variação da razão H2O/glicerol indicou que, mesmo com o aumento da concentração de glicerol para 50%, se obteve resultados de conversão e seletividades próxima àquelas da solução 36,6%, o que é de extrema importância no aproveitamento de glicerol. Os catalisadores obtidos em meio fluoreto apresentaram ativos na desidratação do glicerol, mesmo apresentando menor densidade total de sítios ácidos. Além disso, estes catalisadores após teste catalítico apresentam baixa desativação e pouca percentagem de coque deposita / Biodiesel production in Brazil is a reality, but that the process is economically viable it is necessary the use of glycerol obtained as co-product. Various catalytic routes can obtain most profitable products. The acrolein, which is a chemical intermediate in the production of acrylic acid and its polymers, can be obtained by dehydration of glycerol in the gas phase. This reaction is favored over acid catalysts, especially zeolites. These materials are microporous aluminosilicates with three dimensional structure and acidity can be adjusted by the SiO2/Al2O3 molar ratio. Depending on the zeolite structure, acidity and textural properties can be obtained in high conversions and selectivities dehydration of glycerol to acrolein in the gas phase, but typically observed rapid deactivation by coking. The best conversion of glycerol results in the literature have been obtained with H-β zeolite and H-ZSM-5. However, despite the ferrierite zeolite have low conversion and lack of exploratory studies of this topology in literature Kim et al. point out best selectivities for acrolein ferrieita zeolite. The zeolite ferrierite (FER) consists structurally by channels with rings ten members intersected perpendicularly to channels formed by rings of eight members. The static hydrothermal synthesis of the zeolite can be performed in the middle hydroxide or fluoride. Furthermore, different synthesis gel compositions are found in the literature using different drivers agents structure. In this paper the synthesis of zeolite ferrierite as performed using ethylenediamine in the middle hydroxide and pyridine and/ or n- butylamine in fluoride medium with different SiO2/Al2O3 molar ratios. The materials were characterized and evaluated in the catalytic dehydration of glycerol to acrolein in the gas phase. The use of synthetic air as carrier gas, regenerates the coque in the acid sites in the early hours of catalytic test and keeping the conversion of glycerol and the selectivity to acrolein nearly constant in the remaining hours of reaction. As increases the SiO2/Al2O3 higher the fraction of moderate acid sites and the best catalytic performance. The temperature was 300°C led to the best activities for the zeolites obtained in two ways. As one increases the space time, the higher the selectivity to acrolein. The variation of the ratio H2O/glycerol indicated that even with increasing glycerol concentration for 50% conversion was obtained results and those of the next solution selectivity 36.6%, which is extremely important in the use of glycerol. The catalysts obtained in medium fluoride had assets in glycerol dehydration, even with lower total density of acid sites. Further, these catalysts after the catalytic test and deactivation have low low percentage of deposited coke.

[pt] Neste trabalho, as zeólitas mordenita, ferrierita e ZSM-5 foram preparadas através de síntese hidrotérmica com a variação dos parâmetros fontes de alumínio e silício, quantidade de água, utilização de sementes, temperatura e tempo de cristalização com a finalidade de obter zeólitas nanocristalinas. As amostras preparadas foram caracterizadas por espectrofotometria de absorção atômica, difração de raios-X com refinamento através do método de Rietveld, adsorção física de N2, microscopia de força atômica, microscopia eletrônica de varredura, microscopia eletrônica de transmissão e ressonância magnética nuclear no estado sólido de 27Al e 29Si. Para se obter um controle do tamanho de cristal foi importante encontrar um equilíbrio entre temperatura e tempo de síntese. A fonte de alumínio mais adequada seria o aluminato de sódio enquanto que a de silício variou de acordo com tipo de zeólita. Foram obtidas amostras de mordenita de tamanho médio de cristalito entre 56 e 292 nm com diferentes percentuais de cristalinidades. As amostras de ferrierita preparadas possuíam tamanho médio de cristalito entre 61 e 82 nm. Já em relação à ZSM-5, foram obtidas uma amostra de tamanho médio de cristalito de 46 nm e uma de 58 nm. Este estudo mostrou a necessidade do conhecimento aprofundado da influência dos diversos parâmetros, individualmente, no processo de cristalização de cada uma zeólitas para se obter um controle eficaz do tamanho da zeólita. Finalmente, foi possível propor um mecanismo de cristalização para cada zeólita estudada. / [en] In this work, the mordenite, ferrierite and ZSM-5 zeolites were prepared by hydrothermal synthesis, modifying the parameters aluminium and silicium sources, water content, seeding, crystallization time and temperature. The objective was to obtain nanocrystalline zeolites. The prepared samples were characterized by atomic absorption spectrophotometry, X-ray diffraction with Rietveld refinement, N2 physical adsorption, atomic force microscopy, scanning electronic microscopy, transmission electronic microscopy and 27Al and 29Si solid state nuclear magnetic resonance. To achieve crystal size control it was important to find the equilibrium between synthesis time and temperature. Sodium aluminate was found to be the most suitable aluminium source. As for the silicium source, each zeolite type had a more suitable source. Mordenite samples with crystallite size between 56 and 292 nm and different crystallinity percentages were obtained. Ferrierite samples with crystallite size between 61 and 82 nm were obtained. Two ZSM-5 samples with crystallite size of 46 nm and 58 nm were prepared. This study showed that to obtain an efficient crystal size control, it is necessary to have a deep knowledge of the influence of all individual parameters in each zeolite`s crystallization process. Finally, it was possible to propose a crystallization mechanism to each zeolite studied.

[pt] Existe uma crise energética devido ao excessivo consumo do petróleo e à contaminação em suas diversas formas. Há enormes reservas de gás natural e a conversão deste gás em combustíveis líquidos a partir do gás de síntese, que vem do gás natural, via metanol, e posterior transformação do metanol em hidrocarbonetos é uma interessante alternativa. Catalisadores híbridos formados por um catalisador de síntese de metanol e um material ácido poroso, geralmente uma zeólita, são empregados para esta síntese direta. Seis famílias de catalisadores híbridos foram sintetizadas onde diversas variáveis foram testadas como: método de preparação do catalisador híbrido, método de preparação do catalisador de síntese de metanol, fase ativa, razão catalisador de síntese de metanol/zeólita, acidez da zeólita e diferente promotor. A zeólita empregada em todos os sistemas foi a H-ferrierita. O método de preparação influenciou nas propriedades estruturais, texturais, morfológicas, ácidas e catalíticas do catalisador híbrido. O melhor método de preparação do catalisador híbrido foi o método de coprecipitação-sedimentação que se mostrou mais ativo em temperaturas acima de 300°C. Observaram-se diferenças morfológicas nas partículas do catalisador de síntese de metanol (CSM) quando diferentes métodos de preparação foram empregados. O cobre, entre as fases ativas, mostrou-se a melhor na síntese direta de hidrocarbonetos a partir do gás de síntese em temperaturas acima de 300°C. A melhor razão catalisador de síntese de metanol/zeólita, nesta síntese direta, foi de 2:1. O cromo no sistema Cu-Zn-Al favoreceu a atividade em 250°C. Baixas razões acidez total/área de Cu(0) e altas temperaturas (350 e 400°C) favoreceram maiores conversões e seletividades em propano e butano, baixas temperaturas (300°C) favoreceram a formação de DME. Altas razões acidez total/área de Cu(0) favoreceram a formação de etano. A distribuição dos produtos na síntese direta de hidrocarbonetos a partir do gás de síntese foi dependente da temperatura de reação. Éter dimetílico apresentou um máximo em 300ºC. A síntese do metanol, parece ser a etapa limitante do processo. / [en] An energy crisis due to the extreme consumption of the oil and to the contamination in its diverse forms exists. There are enormous natural gas reserves and the conversion of this gas in liquid fuels from the synthesis gas, through methanol, and posterior transformation of methanol in hydrocarbons is an interesting alternative. Hybrid catalysts based in methanol synthesis catalyst and an acidic porous material such as zeolites, are used for this direct synthesis. Six groups of hybrid catalyst were prepared and several properties studied such: preparation method of the hybrid catalyst, preparation method of the methanol synthesis catalyst, active site, CuO-ZnO-Al(2)O(3)/H- ferrierite ratio, acidity of the zeolite and different promoter. The zeolite used in all the systems was the ferrierite. The preparation method influenced the structural, textural, morphologic, acid and catalytic properties of the hybrid catalyst. The coprecipitationsedimentation method was more active in temperatures above 300°C. Morphologic differences in particles of the catalyst of methanol synthesis were observed when different preparation methods were used. The copper as active site was the better in the direct synthesis of hydrocarbons from synthesis gas in temperatures above 300°C. The best CuO-ZnO-Al(2)O(3)/H- ferrierite catalyst ratio, in this direct synthesis, was 2:1. The chromium in the Cu-Zn- Al system favored the activity in 250°C. Low acidity/metallic area Cu(0) ratio and high temperatures (350 and 400°C) favored higher activities and selectivities in propane and butane, lower temperatures (300°C) favored the DME formation. High acidity/metallic area Cu(0) ratio favored the formation of ethane. The hydrocarbons distribution was dependent on the reaction temperature. Dimethyl ether showed a maximum at 300°C. The methanol, seens to be the limitant step of the process.

[pt] A síntese direta de dimetil éter (DME) a partir de gás de síntese é catalisada a partir de catalisadores bifuncionais que possuem duas propriedades: uma hidrogenante que catalisa a formação de metanol a partir de gás de síntese e a outra desidratante que se encarrega da formação do dimetil éter a partir do metanol. Catalisadores bifuncionais com componente hidrogenante baseado em Cu, Zn e Al e componente desidratante baseado na zeólita H-ferrierita foram sintetizados, avaliando-se, o método de preparação, a influência do alumínio no componente hidrogenante e a razão componente desidratante versus componente hidrogenante. Dos diferentes métodos de preparação utilizados: precipitação-deposição, coprecipitação-impregnação e coprecipitação-sedimentação foram os dois últimos que apresentaram melhores resultados na conversão de gás de síntese além de apresentar a formação do precursor do catalisador de síntese de metanol. Os catalisadores foram caracterizados por: absorção atômica, análise térmica gravimétrica, adsorção de N2, difração de raios-x, redução com temperatura programada (RTP), dessorção com temperatura programada de amônia (DTPNH3), dessorção com temperatura programada de hidrogênio (DTP-H2) e microscopia eletrônica de transmissão. Verificou-se que o catalisador bifuncional apresenta um entupimento no volume de poros de aproximadamente 50 por cento. Os resultados dos raios-x identificaram a formação das fases auricalcita, hidrozincita, malaquita e rosacita nos catalisadores com componente hidrogenante baseado em Cu e Zn dos catalisadores com componente hidrogenante baseado em Cu, Zn e Al, e razão atômica Cu/Zn/Al:55/30/15, se observou somente a fase hidrotalcita. A inclusão de alumínio no componente hidrogenante favoreceu a formação de partículas de CuO muito pequenas, conforme observado na microscopia eletrônica de transmissão e difração de raios-x. A análise da DTP-H2 mostrou que os catalisadores preparados por coprecipitação-impregnação apresentam áreas de cobre um pouco maiores. A DTP-NH3 identificou a presença de sítios ácidos de Lewis e de Bronsted que ainda permanecem na H-ferrierita após a preparação do catalisador bifuncional. Sítios ácidos de Bronsted diminuem em maior proporção no catalisador bifuncional quando é preparado pelo método de coprecipitação-impregnação. Os testes catalíticos mostraram não existem grandes diferenças entre os catalisadores bifuncionais preparados por ambos os métodos e que o alumínio no componente hidrogenante não melhora a atividade catalítica destes catalisadores na síntese direta de DME. Concluiu-se que a etapa limitante do processo é a hidrogenação e que esta é dominada pelo cobre e que a H-ferrierita é um excelente componente desidratante pela sua elevada acidez. / [en] The direct synthesis of dimethyl ether from syngas is catalyzed by bifunctional catalysts: the hydrogenation function that catalyzes the methanol formation and the dehydration function to produce dimethyl ether from methanol. Bifunctional catalysts with Cu, Zn and Al as hydrogenation component and Hferrierite zeolite as dehydration component had been synthesized. It was evaluated the method of preparation, the influence of aluminum present in the hydrogenation component and dehydration/hydrogenation component ratio. The coprecipitating impregnation and coprecipitating sedimentation methods were used to form the precursor of hydrogenation component. The catalysts had been characterized by atomic absorption, thermal gravimetry analysis, N2 adsorption, xrays diffraction, TPR, ammonia TPD, hydrogen TPD and transmission electronic microscopy. It was verified that the bifunctional catalyst lost 50 percent of its pore volume. The results of x-rays identified the formation of aurichalcite, hydrozincite, malachite and rosacite phases in the catalyst based on Cu and Zn. However, in the catalyst based on Cu, Zn and Al (for an atomic ratio, Cu/Zn/Al:55/30/15) only the hidrotalcite phase was found. It was observed that the aluminum introduction in the hydrogenation component favors the formation of very small particles of CuO as verified in transmission electronic microscopy and x-rays diffraction. The NH3-TPD identified the presence of Lewis and Bronsted acid sites that still remain in the H-ferrierite after the preparation of the bifunctional catalysts. Bronsted acid sites had an importante decrease in the bifunctional catalysts when it is prepared by the method of coprecipitating impregnation. The catalytic tests showed that the catalysts prepared by the coprecipitating sedimentation method, present higher conversions and DME selectivitys than the prepared by coprecipitating impregnation. The presence of Al in the hydrogenation component doesn`t improve the catalytic activity. It can be concluded that the H-ferrierite is an excellent dehydration component for its high acidity and that the methanol synthesis can be limitant in the process of direct synthesis of DME from syngas.

Ferrierite zeolite has a specific crystalline structure that gives unique catalytic properties that enable the selective isomerization of n-butene to isobutene and selective cracking of n-paraffins in the range of gasoline, mainly producing light olefins (ethylene and propylene). This study focused on assessing the formation and crystal growth method of transport through vapor phase (VTP) for fixed conditions of temperature, Si / Al and time of crystallization. In the work variables were used: structural directors, source of aluminum and % seeds. The experiments showed synthesis for transport method in phase steam with addition of seeds presented satisfactory results. Most of the samples synthesized in the work exhibited high crystalline percentage, with superior values to 90%, when compared with the commercial pattern. The results of crystalline percentage of synthesized materials indicated that there is an outstanding influence of the source of aluminum (sulfate of aluminum or pseudoboehmite) about the crystallization of the ferrierite zeolite for the transport method in vapor phase in the pyrrolidine presence as organic director, however when the director is the ethylenediamine this fact is almost imperceptible. / Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Alagoas / A zeólita ferrierita apresenta uma estrutura cristalina específica que lhe confere propriedades catalíticas únicas, que possibilitam a isomerização seletiva de n-buteno em isobuteno e o craqueamento seletivo de n-parafinas, na faixa da gasolina, produzindo principalmente olefinas leves (eteno e propeno). O presente trabalho dirigi-se a avaliação da formação e crescimento cristalino através do método de transporte de fase vapor (VTP), para condições fixas de temperatura, razão de Si/Al e tempo de cristalização. No trabalho foram utilizadas as variáveis: direcionadores estruturais, fonte de alumínio e teor de sementes. Os experimentos mostraram que a síntese pelo método de transporte em fase vapor com a adição de sementes apresentaram resultados satisfatórios. A maioria das amostras sintetizadas no trabalho exibiu alta percentagem de cristalinidade, com valores superiores a 90%, quando comparados com o padrão comercial. Os resultados de cristalinidade dos materiais sintetizados indicaram que há uma influência marcante da fonte de alumínio (sulfato de alumínio ou pseudobohemita) sobre a cristalização da zeólita ferrierita pelo método de transporte em fase vapor na presença de pirrolidina como direcionador orgânico, contudo quando o direcionador é a etilenodiamina este feito é quase imperceptível.

[ES] La presente tesis doctoral se centra en la obtención, vía síntesis directa, de materiales zeolíticos nanocristalinos con propiedades fisicoquímicas y catalíticas mejoradas respecto a los materiales de referencia. Para ello se ha hecho uso de tensioativos creados específicamente para cada una de las estructuras zeolíticas estudiadas, evitando el uso de procesos post-sintéticos que conllevan una pérdida de material cristalino. En la primera parte del trabajo se ha estudiado la obtención de la zeolita ITQ-2 deslaminada por síntesis directa (DS-ITQ-2) mediante el uso de varios tensioactivos, siendo el C16DC1 (N-Hexadecil-N'-metil-1,4-diazabiciclo[2.2.2]octano) con el que mejores resultados se han obtenido. Se ha estudiado la influencia de la longitud de la cadena alifática y la concentración del agente director de estructura orgánico (ADEO) en el gel de síntesis sobre la cinética del proceso de cristalización y las implicaciones sobre las características fisicoquímicas del material obtenido. Mediante el control de la concentración del tensioactivo en el gel de síntesis, ha sido posible dirigir el grado de deslaminación del material final. Las propiedades fisicoquímicas del material considerado como óptimo se han comparado con las de las zeolitas MCM-22, MCM-56 e ITQ-2, todas ellas con la misma estructura cristalina (MWW). Por último, la actividad catalítica de la zeolita DS-ITQ-2 se ha estudiado en dos reacciones, la alquilación de benceno con propileno para la obtención de cumeno y la reacción de 2,5-dimetilfurano con etileno para la obtención de p-xileno, obteniendo en ambos casos unos resultados de conversión y selectividad excelentes. La segunda parte de la tesis se ha centrado en la preparación de la zeolita ferrierita en su forma nanocristalina por síntesis directa mediante la utilización de tensioactivos. Se han estudiado tensioactivos con tres partes polares diferentes obtenidos a partir de las correspondientes aminas utilizadas como ADEOs. Además, también se ha estudiado el efecto de la longitud de la cadena del tensioactivo entre los 6 y los 16 átomos de carbono. La modificación de parámetros del gel de síntesis como por ejemplo la relación molar entre la piperidina o el tensioactivo y la sílice ha resultado ser determinante a la hora de conseguir una composición óptima para la obtención de la zeolita nanocristalina con las propiedades fisicoquímicas deseadas. La optimización de la temperatura de síntesis y la introducción de cristales de siembra en el gel de síntesis ha permitido mejorar las propiedades finales del material. La actividad catalítica de las nanoferrieritas se ha estudiado en dos reacciones diferentes, la oligomerización de 1-penteno y la isomerización de 1-buteno. Se ha mostrado la importancia de reducir el tamaño del cristal de la ferrierita, obteniéndose materiales con actividad y selectividad muy superior a los descritos en la bibliografía abierta y de patentes. / [CA] La present tesis doctoral es centra en l'obtenció, via síntesi directa, de materials zeolítics nanocristalins amb propietats fisicoquímiques i catalítiques millorades respecte als materiales de referència. Per a això s'ha fet ús de tensioatius creats específicament per a cadascuna de les estructures zeolítiques estudiades, evitant l'ús de processos post-sintètics que comporten una pèrdua de material cristal·lí. En la primera part del treball s'ha estudiat l'obtenció de la zeolita ITQ-2 deslaminada per síntesi directa (DS-ITQ-2) mitjançant l'ús de diversos tensioactius, essent el C16DC1 (N-Hexadecil-N'-metil-1,4-diazabiciclo[2.2.2]octà) amb el que millors resultats s'han obtés. S'ha estudiat la influència de la longitud de la cadena alifàtica i la concentració de l'agent director d'estructura orgànic (ADEO) en el gel de síntesi sobre la cinètica del procés de cristal·lització i les implicacions sobre les característiques fisicoquímiques del material obtés. Mitjançant el control de la concentració del tensioactiu en el gel de síntesi, ha sigut possible dirigir el grau de deslaminació del material final. Les propietats fisicoquímiques del material considerat com òptim s'han comparat amb les de les zeolites MCM-22, MCM-56 i ITQ-2, totes elles amb la mateixa estructura cristal·lina (MWW). Per íltim, l'activitat catalítica de la zeolita DS-ITQ-2 s'ha estudiat en dos reaccions, l'alquilació de benzé amb propilé per a l'obtenció de cumé i la reacció de 2,5-dimetilfurà amb etilé per a l'obtenció de p-xilé, obtenint en tots dos casos uns resultats de conversió i selectivitat excel·lents. La segona part de la tesi s'ha centrat en la preparació de la zeolita ferrierita a la seua forma nanocristal·lina per síntesi directa mitjançant la utilizació de tensioactius. S'han estudiat tensioactius amb tres parts polars diferents obtesos a partir de les corresponents amines utilitzades com a ADEOs. A més a més, també s'ha estudiat l'efecte de la longitud de la cadena del tensioactiu entre els 6 i els 16 àtoms de carboni. La modificació de paràmetres del gel de síntesi com per exemple la relació molar entre la piperidina o el tensioactiu i la sílice ha resultat ser determinant a l'hora de conseguir una composició òptima per a l'obtenció de la zeolita nanocristal·lina amb les propietats fisicoquímiques desitjades. L'optimització de la temperatura de síntesi i la introducció de cristalls de sembra en el gel de síntesi ha permés millorar les propietats finals del material. L'activitat catalítica de les nanoferrierites s'ha estudiat en dos reaccions diferents, l'oligomerizació de l'1-penté i la isomerització de l'1-buté. S'ha mostrat la import`ancia de reduir el tamany del cristall de la ferrierita, obtenint-se materials amb activitat i selectivitat molt superior als descrits en la bibliografia oberta i de patents. / [EN] This doctoral thesis focuses on obtaining, via direct synthesis, nanocrystalline zeolite materials with improved physicochemical and catalytic properties compared to reference materials. For this, surfactants created specifically for each of the zeolite structures studied have been used, avoiding the use of post-synthetic processes that lead to a loss of crystalline material. In the first part of the work, the obtaining of the delaminated ITQ-2 zeolite by direct synthesis (DS-ITQ-2) through the use of various surfactants, being C16DC1 (NHexadecyl-N'-methyl-1,4-diazabiciclo[2.2.2]octane) with which the best results have been obtained. The influence of the length of the aliphatic chain and the concentration of the organic structure directing agent (OSDA) in the synthesis gel on the kinetics of the crystallization process and the implications on the physicochemical characteristics of the obtained material have been studied. By controlling the concentration of the surfactant in the synthesis gel, it has been possible to direct the degree of delamination of the final material. The physicochemical properties of the material considered optimal have been compared with those of the zeolite MCM-22, MCM-56 and ITQ-2, all of them with the same crystalline structure (MWW). Finally, the catalytic activity of the zeolite DS-ITQ-2 has been studied in two reactions, the alkylation of benzene with propylene to obtain cumene and the reaction of 2,5-dimethylfuran with ethylene to obtain p-xylene, obtaining excellent conversion and selectivity results in both cases. The second part of the thesis has focused on the preparation of ferrierite zeolite in its nanocrystalline form by direct synthesis using surfactants. Surfactants with three different polar parts, obtained from the corresponding amines used as OSDAs, have been studied. In addition, the effect of the chain length of the surfactant between 6 and 16 carbon atoms has also been studied. Modifying the parameters of the synthesis gel, such as the molar ratio between piperidine or surfactant and silica, has turned out to be decisive when it comes to achieving an optimal composition for obtaining nanocrystalline zeolite with the desired physicochemical properties. The optimization of the synthesis temperature and the introduction of seed crystals in the synthesis gel have allowed to improve the final properties of the material. The catalytic activity of nanoferrierites has been studied in two different reactions, the oligomerization of 1-pentene and the isomerization of 1-butene. The importance of reducing the size of the ferrierite crystal has been shown, obtaining materials with activity and selectivity much higher than those described in the open and patent literature. / Margarit Benavent, VJ. (2023). Síntesis directa de zeolitas monolámina (zeolitas 2D) y sus aplicaciones catalíticas [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/192880