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.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The petrochemical industry is currently strongly based on the production of light olefins ethylene and propylene, which are mainly produced by hydrocarbons from oil. Due to the environmental appeal and unstable oil market scenario, alternative routes to the production of these olefins are being developed, meanly regarding the use of alcohol as raw material. In this context, ethanol is highlighted with Ethanol to Olefins Process (ETO), in which there is catalytic conversion via reactions of dehydration, oligomerization, cracking, isomerization, among others. This work aims to obtain ethylene and propylene from ethanol using ZSM-5 zeolite as catalyst in its acid form. The synthesis of this material was performed using non-conventional sources of silicon and aluminum, kaolin and silica extracted from rice husk ash, and in the absence of nitrogenous templates. The use of seeds was employed together with ethanol, which acts as cotemplate of the zeolitic structure, in different quantities, and in different silica/alumina ratios and crystallisation times. The influence of each of these variables was evaluated with the support of a full factorial experimental design on the final characteristics of the synthesized samples, such as relative crystallinity, chemical composition and textural properties. All samples presented the characteristic crystal structure of ZSM-5 as verified by both X-ray diffractograms and infrared spectra. However, samples with small amounts of seed and ethanol added to short periods of crystallization presented lower crystallinities and specific areas in comparison to other samples. On the other hand, the use of high quantities of seed can lead to the formation of quartz when the crystallization time is extended. With the catalytic tests of ethanol conversion into olefins it was possible to evaluate the influence of synthesis variables, the residence time and the concentration of ethanol in feed, proving the importance of all synthesis variables in the distribution of the reaction products The total conversion of ethanol was observed in all tests made, evidencing the high activity of hZSM-5 in the dehydration of ethanol to ethylene, being the propylene yield strongly influenced by the reaction temperature and characteristics of the catalitic material, with a maximum yield of 27% at 500 °C. The HZSM-5 presented high stability under reaction conditions while maintaining the production of ethylene for more than 40 hours of reaction, whereas the coke formation drastically reduces the production of propylene still in the early hours of reaction. / A indústria petroquímica atualmente está fortemente baseada na produção das olefinas leves eteno e propeno, que são principalmente produzidas através de hidrocarbonetos oriundos do petróleo. Em virtude do apelo ambiental e do instável cenário do mercado de petróleo, rotas alternativas para a produção destas olefinas estão sendo desenvolvidas, principalmente no que tange a utilização de álcoois como matéria-prima. Neste contexto, o etanol ganha destaque com o processo Ethanol to Olefins (ETO), no qual se tem conversão catalítica via reações de desidratação, oligomerização, craqueamento, isomerização, entre outras. O presente trabalho tem por objetivo a obtenção de eteno e propeno através de etanol empregando como catalisador a zeólita do tipo ZSM-5 na forma ácida. A síntese deste material foi realizada utilizando fontes não convencionais de silício e alumínio, o caulim e a sílica extraída da cinza da casca de arroz, e na ausência de direcionadores de estrutura nitrogenados. O emprego de sementes foi adotado juntamente com etanol, que atua como codirecionador da estrutura zeolítica, em diferentes quantidades, assim como em diferentes razões sílica/alumina e tempos de cristalização. A influência de cada uma destas variáveis foi avaliada com o auxílio do planejamento experimental fatorial completo nas características finais das amostras sintetizadas, como cristalinidade relativa, composição química e propriedades texturais. Todas as amostras obtidas apresentaram estrutura cristalina característica da ZSM-5, comprovada tanto nos difratogramas de Raios-X como nos espectros de absorção na região do Infravermelho. Entretanto, as amostras com pequenas quantidades de sementes e de etanol somadas a curtos períodos de cristalização apresentaram cristalinidades e áreas específicas reduzidas em relação às demais amostras. Em contrapartida, o emprego de elevadas quantidades de sementes pode levar a formação de quartzo quando o tempo de cristalização é prolongado. Com os testes catalíticos de conversão de etanol em olefinas foi possível avaliar a influência das variáveis de síntese, do tempo de residência e a concentração de etanol na alimentação, comprovando a importância de todas as variáveis de síntese na distribuição dos produtos da reação. A conversão total de etanol foi observada em todos os testes realizados, evidenciando a elevada atividade da HZSM-5 na desidratação de etanol a eteno, sendo o rendimento a propeno fortemente influenciado pela temperatura de reação e características do material catalítico, com máximo rendimento igual a 27% na temperatura de 500°C. A HZSM-5 apresentou elevada estabilidade nas condições de reação, mantendo a produção de eteno por mais de 40 horas de reação, enquanto que a formação de coque reduz drasticamente a produção de propeno ainda nas primeiras horas de reação.