Orientador: Renato Sprung / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-14T09:58:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CabreraNavarrete_MariaElia_D.pdf: 13508491 bytes, checksum: ed8e83647aa4fc77ef26b506eee4e91a (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Materiais do tipo hidrotalcita Mg1-x(Al,Cr)x(OH)2(CO3)x/2yH2O foram sintetizados por coprecipitação a partir de nitratos de magnésio, alumínio e cromo. Os sólidos foram calcinados, caracterizados e testados na conversão de etanol. Na preparação, alumínio foi substituído por cromo na hidrotalcita MgAl nas proporções de 0, 5, 10, 50, 80 e 100% e as frações de cátions trivalentes x foram de 0,20, 0,25 e 0,33. Os materiais mostraram difratogramas de raios-X característicos de hidrotalcitas. A calcinação a 650°C das hidrotalcitas com 0 a 80% de substituição de alumínio resultou em óxidos mistos com estrutura de MgO, e a de materiais com 100% de substituição, em cromita de magnésio. As áreas BET dos materiais calcinados diminuíram com os aumentos do teor de cromo e da fração x, variando entre 90 e 309 m²/g. Os materiais não contêm microporos. A adsorção de CO2 mostrou que a densidade de sítios básicos diminui com os aumentos do teor de cromo e de x. Os testes catalíticos foram realizados num reator de leito fixo, à pressão atmosférica e temperaturas de 300 a 375°C. Os principais produtos foram n-butanol, éter etílico, acetaldeído e etileno, além de quantidades menores de butiraldeído, crotonaldeído e acetato de etila. A substituição de alumínio por cromo inibiu a formação de éter etílico e favoreceu a formação de acetaldeído. A substituição de 5 a 10% de alumínio por cromo resultou nas maiores conversões de etanol e nos maiores rendimentos de n-butanol. A presença da água na alimentação de etanol diminuiu as conversões. A promoção de catalisadores com sódio inibiu as reações, especialmente as de desidratação. / Abstract: Hydrotalcite-type materials, Mg1-x(Al,Cr)x(OH)2(CO3)x/2yH2O, were synthesized by coprecipitation from solutions containing magnesium, aluminium and chromium nitrates, calcined, characterized and tested for the conversion of ethanol. Aluminum was substituted by chromium in MgAl-hydrotalcite in amounts of 0, 5, 10, 50, 80 and 100 mol% and x-values of 0,20, 0,25 and 0,33. Powder X-ray diffraction patterns of the synthesized materials were typical of hydrotalcites. Calcination at 650°C of materials with aluminum yielded mixed oxides with diffraction patterns typical of MgO, and of materials without aluminum, that of magnesium chromite. BET areas of calcined materials increased with increasing chromium contents as well as with increasing x-values, varying between 90 and 309 m²/g. No material contained micropores. CO2 adsorption showed decreasing base site density as either the chromium content or the x-value was increased. Catalysts were tested at atmospheric pressure and temperatures of 300 to 375°C in a fixed bed reactor. Diethyl ether, n-butanol, acetaldehyde and ethylene were the main reaction products; small amounts of crotonaldehyde, butyraldehyde and ethyl acetate were also present. The presence of chromium in the catalysts inhibited diethyl ether formation while favoring acetaldehyde formation. The substitution of 5-10 mol% of aluminum by chromium resulted in the highest ethanol conversions and the largest overall yields of n-butanol. Lower conversions were obtained when water was added into the ethanol feed. Promotion of catalysts with sodium decreased conversions, particularly of dehydration reactions. / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

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Les synthèses par sol-gel non-hydrolytique (SGNH) d'oxydes mixtes Re-Si-Al et Mo-Si-Al sont présentées comme une voie innovante pour la préparation en une étape de catalyseurs hétérogènes de métathèse. Les catalyseurs supportés à base d'oxyde de molybdène sont intéressants du fait de leur faible coût d'achat, de leur résistance mécanique et de leur bonne activité à température modérée. Les catalyseurs supportés à base d'oxyde de rhénium sont connus pour être très actifs et sélectifs même à température ambiante. Cependant ils sont chers et la sublimation de l'oxyde de rhénium pose problème lors de leur synthèse. La synthèse utilisée est basée sur la réaction en une étape des précurseurs chlorés (ReCl5 ou MoCl3, SiCl4, AlCl3) avec du diisopropyléther (iPr2O) à 110 °C dans le dichloromethane. Le faible coût des précurseurs, l'absence de modificateurs de réactivité et de templates ainsi que la simplicité de synthèse rendent le procédé SGNH particulièrement attractif. Les catalyseurs oxydes mixtes obtenus présentent des compositions bien contrôlées, des textures mésoporeuses et avec des densités en sites acides élevées. La caractérisation par DRX, XPS et ToF-SIMS montre que les catalyseurs peuvent être décrits comme une matrice silice-alumine amorphe avec des espèces de surface Mo et Re bien dispersées. Pour les catalyseurs à base de Re, dans les compositions riches en silice, des pertes de rhénium ont été observées durant la calcination. Cette perte de rhenium peut être évitée en augmentant le taux d'alumine dans la composition. De plus, nous avons montré que la sublimation de Re, au cours de la calcination dans les compositions riches en silice, n'a pas lieu quand toutes les étapes du procédé (synthèse, lavage, séchage et calcination) sont réalisées en l'absence d'humidité. Nous avons étudié l'influence de la composition sur la texture, la structure, l'acidité et les propriétés de surface, qui sont corrélées aux performances catalytiques. Les performances des catalyseurs Re-Si-Al et Mo-Si-Al ont été évaluées en métathèse du propène et en métathèse croisée de l'éthène et du trans-2-butène. Les catalyseurs SGNH sont comparés à des catalyseurs avec des compositions similaires préparés par d'autres méthodes (imprégnation, thermal spreading, flame spray pyrolysis). Les catalyseurs préparés par SGNH présentent une très bonne activité spécifique en métathèse. / The non-hydrolytic sol-gel synthesis (NHSG) of Re-Si-Al and Mo-Si-Al mixed oxides was proposed as an innovative one step route to heterogeneous olefin metathesis catalysts. Supported molybdenum oxide catalysts are receiving much attention as a result of their relatively low price, robustness and good activity at low temperature. Supported rhenium oxide catalysts are known to be highly active and selective even at room temperature. However, they are expensive and moderately stable because of the sublimation of the rhenium oxide. The NHSG synthesis used in this work is based on the one pot reaction of chloride precursors (ReCl5 or MoCl3, SiCl4, AlCl3) with diisopropylether (iPr2O) at 110 °C in dichloromethane. The simplicity of NHSG makes it attractive: multi-step procedures, expensive precursors, or reactivity modifiers are not needed. The mixed oxide catalysts exhibited well-controlled compositions and mesoporous textures, with high acid site densities. XRD, XPS and ToF-SIMS showed that the catalysts could be described as an amorphous silica-alumina matrix with well-dispersed Re or Mo surface species. In the case of Re-based catalysts, rhenium losses by sublimation during calcination were observed for the silica-rich formulations. The loss of rhenium could however be avoided by increasing the Al content. More importantly we demonstrate that Re sublimation during calcination of silica-rich formulations is suppressed when the whole preparation procedure (synthesis, washing, drying and calcination) is carried out in the absence of water. Particular attention was devoted to the study of the influence of the composition on texture, structure, acidity and surface properties, which were correlated with the catalytic performances. The performance of selected Re-Si-Al and Mo-Si-Al catalysts was evaluated in the metathesis of propene and in the cross-metathesis of ethene and trans-2-butene. The NHSG catalysts were compared to catalysts of similar compositions prepared by other more methods (impregnation, thermal spreading, flame spray pyrolysis). The catalysts prepared by NHSG have a high specific activity in the metathesis reaction.

Em termos ambientais, os catalisadores automotivos se destacam pelos resultados altamente significativos alcançados após seu uso obrigatório em veículos leves. No entanto, as condições térmicas em que eles operam podem levar a um processo de perda de atividade significativa, após certo tempo de operação. Dentro desse contexto, este trabalho estudou o efeito da temperatura na desativação térmica de catalisadores automotivo modelo. Foram preparados catalisadores baseados em óxido misto de cério e zircônio na proporção 50% em mol de cério e zircônio (CZ). A partir dele foram produzidos os catalisadores Pd-CZ e Pd-CZ-LaAl. O catalisador Pd-CZ foi produzido pela impregnação do CZ com Pd na concentração de 0,5% m/m de CZ. O catalisador Pd-CZ-LaAl foi produzido a partir de uma mistura física do Pd-CZ com o suporte LaAl (alumina dopada com La na concentração de 1,9 % m/m de Al2O3), seguida de calcinação a 500˚C. Foram realizados envelhecimentos a 900C e 1200C em mufla com atmosfera oxidante por 12 e 36h. Os catalisadores foram caracterizados por um conjunto de técnicas físico-químicas. Foram realizadas análises de fisissorção de N2 para a medição da área específica e o estudo da evolução do diâmetro e volume de poros das amostras novas e envelhecidas. Análises de difração de raios X (DRX) foram feitas de forma a acompanhar possíveis transições de fases após o envelhecimento das amostras. Foi realizada análise química para validar a composição das amostras e ensaios de análise térmica para o catalisador CZ visando identificar a temperatura onde ocorre o fenômeno de segregação de fases. Realizaram-se ensaios de redução a temperatura programada (RTP) visando quantificar o consumo de hidrogênio e associá-lo à evolução da redutibilidade das amostras após o envelhecimento térmico. Finalmente, a avaliação catalítica foi realizada com base nas reações de oxidação do CO e do propano e de redução do NO pelo CO, através da obtenção de curvas de lightoff. As análises de DRX mostraram que o envelhecimento a 900C ocasionou alterações de fases da alumina, mas não foi verificada segregação de fases no CZ. Já a 1200C observou-se a referida segregação de fases, que coincide com a drástica queda na área específica das amostras, em alguns casos observando-se o colapso das propriedades texturais do catalisador. As análises de RTP mostraram que, em determinadas condições, o envelhecimento térmico promove a redutibilidade do sistema CZ e a introdução de Pd torna o catalisador mais facilmente redutível o que é evidenciado pelo deslocamento dos picos de redução para temperaturas mais baixas em comparação ao CZ puro. Os testes catalíticos mostraram que a introdução do Pd é um fator fundamental para a conversão do propano. Os catalisadores contendo Pd também converteram melhor o CO. Para os catalisadores envelhecidos a 1200C, o único resultado positivo foi no caso do Pd-CZ-LaAl que apesar deste tratamento térmico, ainda converteu o CO, propano e NO. Desta forma o catalisador Pd-CZ-LaAl apresentou resultados mais satisfatórios e isto evidencia que a mistura com LaAl melhora o desempenho e a estabilidade térmica do catalisador em altas temperaturas (acima de 300C). / The automotive catalyst has significantly contributed to environmental protection since its use in light vehicles became mandatory. However, it is constantly subjected to severe thermal conditions which may cause a significant decrease in catalytic activity. Thus, this work studied the effect of temperature in the thermal deactivation of model automotive catalysts. All the catalysts were prepared with cerium and zirconium mixed oxides containing 50 mol % of cerium and zirconium (CZ). The Pd-CZ and Pd-CZ-LaAl catalysts were prepared by impregnation of CZ with Pd to obtain 0.5% of the noble metal in the catalyst. The Pd-CZ-LaAl catalyst was prepared from a physical mixture of Pd-CZ and the LaAl support (alumina doped with 1,9 wt% of La), followed by calcination at 500C. The samples were subjected to aging at 900C and 1200C in oxidizing atmosphere for 12 and 36h. The catalysts were characterized by a set of physicochemical techniques. Analyses of N2 physisorption for the determination of the surface area and the study of the evolution of the pore volume and diameter for fresh and aged samples were carried out. X-ray diffraction (XRD) experiments were done to follow possible phase transitions after aging. Chemical analysis was carried out to validate the composition of the samples. The CZ samples were subjected to thermal analysis to identify the temperature in which phase segregation occurs. Temperature programmed reduction (TPR) experiments were carried out to quantify the amount of hydrogen necessary to the catalyst reduction and to associate it to the samples reducibility after thermal aging. Finally, catalytic evaluation was based on the lightoff curves obtained for CO and C3H8 oxidation and reduction of NO by CO. XRD analyses evidenced alumina phase transitions after aging at 900C, but not for CZ. However, after aging at 1200C, there was phase segregation, which is consistent with the drastic decrease in surface area. Some catalysts presented collapse of the textural properties. TPR analyses showed that, in determined conditions, thermal aging promotes the reduction of CZ system and the introduction of Pd promotes the catalyst reduction. This is evidenced by the shift of the reduction peaks to lower temperatures observed in PdCZ profiles compared to pure CZ profiles. Catalytic tests showed that Pd introduction is crucial for C3H8 conversion. Pd catalysts also achieved higher CO conversions. For the catalysts aged at 1200C, the only positive result was obtained with the Pd-CZ-LaAl catalyst, which still converted CO, C3H8 and NO. Thus, the Pd-CZ-LaAL catalysts presented the best results, indicating that the impregnation of Pd-CZ with LaAl improves the performance and the stability of the catalyst at high temperatures (above 300C).

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:42:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SauloGCF_DISSERT.pdf: 1836723 bytes, checksum: cbecdf88e5d5e844f663a9283995f457 (MD5) Previous issue date: 2013-02-28 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / In recent years, studies about the physicochemical properties of mixed oxides, call attention of the scientific community, properties like as piezoelectricity, photoluminescence, or applications as catalysts, arise in these compounds, when their chemical compositions are modified, in this context some routes are employed in the synthesis of these materials, among which can be cited these methods: ceramic, combustion, co-precipitation, Pechini or polymeric precursor method, hydrothermal, sol-gel; these routes are divided into traditional routes or chemical routes. In this work were synthesized oxides with variable composition, from the thermal decomposition of titanium, cobalt, nickel and praseodymium nitrilotriacetates. The nitrilotriacetates were characterized by IR Spectroscopy (FTIR), Thermogravimetric (TG/ DTG) and Differential Scanning Calorimetry (DSC), while oxides have been characterized by X-ray diffraction (XRD), Spectrofluorimetry and IR Spectroscopy (FTIR). From FTIR data, it was demonstrated that the displacement of the band corresponding to the carboxylate group (νCOOH) at 1712 cm-1, present in nitrilotriacetic acid (H3NTA), for 1680-1545 cm-1, these stretches are characteristics of coordinated nitrilotriacetates, By thermal analysis (TG/DTG /DSC), it was suggested, that in an oxidizing atmosphere (air) oxides are obtained at lower temperatures than in an inert atmosphere N2(g). By results from X-ray Diffraction (XRD), it was determinated that the oxides are crystalline and the predominant phases obtained are summarized titanate phases rutile and ilmenite. By fluorimetry was observed that the intensity of emission bands are directly proportional to the concentration of ions Ni2+, Co2+ and Pr3+, and IR spectroscopy (FTIR) from oxides, demonstrated the disappearance of characteristic bands by nitrilotriacetates, determining the complete decomposition of the nitrilotriacetates in oxides / Nos ?ltimos anos, os estudos das propriedades f?sico-qu?micas de ?xidos mistos, tem despertado o interesse da comunidade cient?fica, propriedades como: piezoeletricidade, fotoluminesc?ncia, ou aplica??es em cat?lise, surgem destes compostos quando se modifica as composi??es qu?micas destes materiais, neste contexto algumas rotas s?o empregadas na s?ntese destes materiais, dentre elas pode-se citar os m?todos: cer?mico, combust?o coprecipita??o, Pechini ou dos precursores polim?ricos, hidrot?rmico, sol-gel; tais rotas dividem-se em rotas tradicionais ou em rotas qu?micas. No presente trabalho foram sintetizados ?xidos com composi??o vari?vel, a partir das decomposi??es t?rmicas dos nitrilotriacetatos de tit?nio, cobalto, n?quel e praseod?mio. Os nitrilotriacetatos obtidos foram caracterizados por Espectroscopia de Absor??o na Regi?o do Infravermelho (FTIR), Termogravimetria (TG/DTG) e Calorimetria Explorat?ria Diferencial (DSC), enquanto que os ?xidos sintetizados foram caracterizados por Difra??o de Raios-X (DRX), Espectrofluorimetria e Espectroscopia de Absor??o na Regi?o do Infravermelho (FTIR). A partir dos dados de Espectroscopia de Absor??o na Regi?o de Infravermelho (FTIR), determinou-se o deslocamento da banda correspondente ao grupo carboxilato (νCOOH) de 1712 cm-1, presente no ?cido nitrilotriac?tico (H3NTA), para a faixa de 1680-1545cm-1, em que ocorre nos nitrilotriacetatos coordenados. Pelos dados de an?lise t?rmica (TG/DTG/DSC) indicou-se que em atmosfera oxidante (ar) os ?xidos s?o obtidos a menores temperaturas do que em atmosfera inerte N2(g). Por Difra??o de Raios-X (DRX), determinou-se que os ?xidos obtidos s?o cristalinos, e que as fases predominantes obtidas nos titanatos sintetizados, s?o as fases rutilo e ilmenita. Por Espectrofluorimetria observou-se que a intensidade das bandas de emiss?o s?o diretamente proporcionais ? concentra??o dos ?ons Ni2+, Co2+ e Pr3+. A partir dos dados fornecidos pela Espectroscopia de Absor??o na Regi?o do Infravermelho (FTIR) dos ?xidos, demonstrou-se a remo??o das bandas caracter?sticas dos estiramentos dos nitrilotriacetatos, ap?s tratamento t?rmico, indicando a completa decomposi??o dos nitrilotriacetatos em ?xidos

Dans le cadre de la politique de réduction des émissions de gaz toxiques tels que les composés organiques volatils (COV) et les oxydes d'azote (NOx), cette étude portait sur la mise au point de catalyseurs exempts de métaux nobles, efficaces pour l'élimination simultanée des COV (propène) et des NOx en présence d'un excès d'oxygène (milieu pauvre). Deux traitements ont été envisagés : d'une part nous avons étudié la réaction d'oxydation totale du propène et d'autre part les réactions simultanées d'oxydation du propène et de réduction des NOx. Le choix s'est reporté sur les matériaux hydrotalcites qui, après calcination, permettent d'obtenir un mélange d'oxydes ayant des propriétés intéressantes en catalyse. Dans un premier temps, des catalyseurs massiques à base de Cu, de Mg et de Al ont été synthétisés par voie hydrotalcite. Nous avons pu mettre en évidence que les espèces cuivriques sous formes de petits agrégats de CuO très dispersés à la surface sont actifs pour la réduction des NOx alors que les ions CU²⁺ sous forme de cristallites de CuO sont plus actifs dans l'oxydation du propène. Afin d'améliorer les performances catalytiques de ces catalyseurs, l'incorporation de l'élément Fe dans ces matériaux a été réalisée. Pour la réaction de réduction des NOx en présence de C₃H₆, la coexistence du fer et du cuivre dans un même matériau décale la fenêtre de température de conversion des NOx vers de plus basses températures mais également diminue la conversion de NO. Par ailleurs, en vue d'accroître les valeurs de conversion de NOx, le catalyseur qui convertit le mieux les NOx a été promu par des métaux alcalins. Cs et Na ont montré un effet promoteur tandis que K a exercé un effet inhibiteur dans la réaction de réduction des NOx. Dans la dernière partie de ce travail, une introduction à l'oxydation catalytique des suies et à l'élimination simultanée du propène et des NOx en présence de suies a été envisagée. Une autre partie du travail de thèse a concerné les particules atmosphériques qui ont été collectées au Liban durant une tempête désertique provenant du désert Arabe, le but étant d'évaluer le changement morphologique et chimique qui peut avoir lieu au cours du transport à longue distance. La caractérisation de ces particules par microcopie électronique à balayage couplée à un Spectromètre à Dispersion d'Energie a montré que les grosses particules sont riches en oxydes métalliques (notamment en Si, Al, Mg, Fe, Ca...). Sur les particules fines et ultrafines nous avons pu mettre en évidence la formation d'oligomères d'organonitrates et d'organosulfates. Or, ces organonitrates proviennent de la réaction entre les COV et les NOx. / This thesis was done within the politics of reducing the emissions of toxic gases such as volatile organic compounds (VOC) and nitrogen oxides (NOx). This study aimed to optimize efficient catalysts, prepared in the absence of noble metals, for the simultaneous elimination of VOC (propylene) and NOx under excess of oxygen (lean condition). Hydrotalcite solids were chosen because of the interesting properties of the oxides obtained by their calcination. Two treatments were performed : on the one hand the propylene oxidation alone, on the other propylene oxidation and NOx reduction simultaneously. Cu, Mg and Al - based catalysts were prepared by the hydrotalcite route. The as-prepared solids were proven to be efficient in the NOx reduction due to the presence of small aggregates of well dispersed CuO on the surface. However the CU²⁺ ions in the forms of crystallites were active in the propylene reaction. In order to improve the catalytic activity, Fe element was then incorporated into the solids to substitute a part or all of the Al element and the effects were studied. In the selective catalytic reduction of NOx by the C₃H₆ the introduction of iron species into the structure lowered the temperature of complete C₃H₆ conversion but also reduced the NOx conversion. Moreover, in order to improve the NOx conversion, the catalyst that exhibited the best reduction of NOx was promoted by alkaline letals. Cs and Na showed a promoting effect while K displayed an inhibotory effect. Finally, an introduction to soot oxidation and the simultaneous elimination of propylene and NOx in the presence of soot was conducted. Another part of this work concerned atmospheric particles collected in Lebanon during dust-rich days originating from the Arabian Desert. Transformations in the morphology and chemical composition of aerosols were assessed by Scanning Electron Microscopy (SEM) equipped with an Energy Dispersive X-ray system. The results showed that coarse particles are rich in metal oxides (Si, Al, Mg, Fe, Ca...). However, over fine and ultrafine particles, the formation of organonitrates and organosulfates oligomers was observed. Yet, organonitrates sprung from the reaction between VOC and NOx.

The thesis is dedicated to the synthesis, comprehensive material science and some sensing properties of SnO2-MetOx oxide systems (where MetOx are IVB and IIIB metal oxides). The study was performed in comparison with blank SnO2, and SnO2 doped with noble metals (Pd, Pt, Rh and their binary mixtures). Results of 8 ex-situ (TEM, HRTEM, XRD, FTIR, UV-Vis, BET, XPS and element analysis), 5 in-situ (TGA, MS-analysis, DRIFT, TXRD, TPR) techniques and sensing properties characterization (DC measurements as a function of temperature and gas composition) are discussed regarding surface chemistry of SnO2 sensing phenomenon. The special attention is paid to the role of surface hydroxyls in the processes related with conductivity change of semiconductor adsorbents upon hydrogen chemisorption and oxidation in dry and humid air. / Los principales objetivos de la presente investigación fueron la síntesis de las sistemas oxídicos SnO2-MetOx (donde MetOx corresponde a los óxidos de grupos IVB y IIIB), el estudio extensivo de sus propiedades fisicoquímicas y sus propiedades como sensores de gases. La investigación se ha basado en la comparación de estos materiales con el SnO2 puro y el SnO2 dopado con metales nobles (Pd, Pt, Rh y sus combinaciones binarias). Resultados de 8 estudios ex-situ (TEM, HRTEM, XRD, FTIR, UV-Vis, BET, XPS y MS-análisis de elementos), 5 estudios in-situ (TGA, MS-analysis, DRIFT, TXRD, TPR) y la caracterización de los sensores de gases (conductividad de los materiales semiconductores en función de la temperatura y los componentes de los gases compuestos) se analizan considerando las reacciones químicas superficiales del SnO2. Se ha prestado una especial atención en la participación de los grupos hidroxilo superficiales en el mecanismo de cambio de conductividad del adsorbente semiconductor durante la quimisorción u oxidación del hidrógeno en el aire seco o húmedo.

Submitted by Letícia Fernanda Rasteiro null (leticiarasteiro@gmail.com) on 2017-08-14T18:29:34Z No. of bitstreams: 1 Dissertação - Letícia (repositório).pdf: 7126379 bytes, checksum: fb6b61701c972d4a6fedad35c81492ba (MD5) / Approved for entry into archive by LUIZA DE MENEZES ROMANETTO (luizamenezes@reitoria.unesp.br) on 2017-08-18T20:29:00Z (GMT) No. of bitstreams: 1 rasteiro_lf_me_araiq.pdf: 7126379 bytes, checksum: fb6b61701c972d4a6fedad35c81492ba (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-18T20:29:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 rasteiro_lf_me_araiq.pdf: 7126379 bytes, checksum: fb6b61701c972d4a6fedad35c81492ba (MD5) Previous issue date: 2017-07-28 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Este trabalho descreve a avaliação de óxidos mistos porosos de vanádio e molibdênio na reação de desidratação oxidativa do glicerol a ácido acrílico em uma única etapa. O trabalho divide-se em duas partes, em que na primeira tem-se a síntese, caracterização e avaliação catalítica dos materiais inicialmente sem tensoativos para posterior aplicação das condições ideias encontradas nesta etapa na segunda etapa, sendo ela a síntese, caracterização e avaliação catalítica dos materiais porosos. Na preparação dos materiais sem tensoativos variou-se a atmosfera de síntese e de tratamento térmico, mostrando que diferentes fases cristalinas eram formadas para cada condição distinta e por meio do método de Rietveld fez-se a quantificação dessas fases cristalinas formadas para cada amostra. Ao correlacionar as fases cristalinas presentes em cada amostra com os resultados catalíticos, observou-se que o melhor resultado se deu para aquela sintetizada e tratada termicamente em atmosfera de O2, no qual a fase Mo4,65V0,35O14 era predominante. Avaliou-se também a acidez dos materiais, porém os mesmos apresentaram poucas quantidades de sítios ácidos totais. Analisou-se também as condições para a reação catalítica, variando-se a temperatura e a atmosfera de reação. Por meio de todo o estudo das melhores condições concluiu-se que sintetizar e tratar termicamente em atmosfera de O2 leva aos melhores resultados catalíticos e que realizar a reação catalítica em atmosfera de O2 a 320°C melhora ainda mais a atividade catalítica do material. Através de uma análise após a reação notou-se que não houve formação de compostos carbonáceos e que o equilíbrio na quantidade das fases contendo o vanádio nas formas reduzida e oxidado é o responsável pela melhor atividade catalítica encontrada e que a presença de V+4 é imprescindível para a etapa de oxidação de acroleína a ácido acrílico. Na segunda etapa do trabalho, avaliou-se a influência da inserção dos poros no material pela adição de tensoativos à síntese em que se obteve os melhores resultados catalíticos na reação da desidratação oxidativa do glicerol. Sintetizou-se os catalisadores com 3 diferentes tensoativos em 3 razões tensoativo/(Mo+V) distintas, nas condições encontradas na parte 1 do trabalho. Caracterizou-se os materiais por difração de raios-X, dessorção de amônia a temperatura programada, porosimetria de mercúrio, picnometria de hélio, termogravimetria e fisissorção de nitrogênio. Observou-se a formação das fases cristalinas iguais ao do material de referência (MoV-O2(O2)), como já esperado e o aumento da porosidade para todos os catalisadores. Os materiais apresentaram acidez total menor do que a da referência porém com aumento na quantidade de sítios mais fortes. Não se observou a formação de coque nas amostras analisadas após a reação. Observou-se uma melhora significativa nos resultados catalíticos comparados aos catalisadores sem poros, principalmente para o catalisador SDS-0,10, alcançando uma seletividade para ácido acrílico de 56% e 100% de conversão, mostrando que os objetivos iniciais do trabalho foram alcançados. / This work describes the evaluation of porous vanadium and molybdenum mixed oxides in the one-step glycerol oxydehydration to acrylic acid. The work was separated in two parts, where the first one is the synthesis, characterization and catalytic evaluation of the materials initially without the pores for later application of the ideal conditions found in this stage in the second stage, being it the synthesis, characterization and catalytic evaluation of porous materials. In the materials preparation without pores, the synthesis and heat treatment atmosphere was varied, showing that different crystalline phases were formed for each distinct condition and by means of the Rietveld refinement method the crystalline phases formed for each sample were quantified. By correlating the crystalline phases present in each sample with the catalytic results, it was observed that the best result was obtained for the one synthesized and thermally treated in O2 atmosphere, in which the Mo4.65V0.35O14 crystalline phase was predominant. The acidity of the materials was also evaluated, but they presented few amounts of total acid sites. The conditions for the catalytic reaction were also analyzed by varying the reaction temperature and the reaction atmosphere. Throughout the study of the best conditions it was concluded that synthesizing and thermally treating in O2 atmosphere leads to the best catalytic results and that performing the catalytic reaction in an O2 atmosphere at 320°C further improves the catalytic activity of the material. It was observed that there was no formation of carbonaceous compounds and that the equilibrium in the amount of the phases containing the vanadium in the reduced and oxidized forms is responsible for the best catalytic activity found and that the presence of V+4 is essential for the oxidation step of acrolein to acrylic acid. In the second stage of the work, was evaluated the material porosity influence in the glycerol oxydehydration to acrylic acid. The catalysts were synthesized with 3 different surfactants in 3 different surfactant/(Mo + V) ratios, under the ideal conditions found in part 1 of the work. The materials were characterized by X-ray diffraction, temperature programmed desorption of ammonia, mercury porosimetry, helium pycnometry, thermogravimetry and nitrogen physisorption. The formation of the same crystalline phases as that of the reference (MoV-O2(O2)) was observed for the porous catalysts, as already expected and was observed an increase in the porosity to all the catalysts prepared with surfactants. The materials presented lower total acidity than the reference, but with an increase in the number of strongest sites. No coke formation was observed in the analyzed samples after the reaction. The catalytic tests performed in the best conditions seen in part 1 of this work showed a significant improvement in the catalytic results compared to the non-porous catalysts, especially for the SDS-0.10 catalyst, achieving 56% of selectivity for acrylic acid and 100% of conversion, showing that the initial objectives of the work were achieved. / CNPq: 152447/2015-6

Em termos ambientais, os catalisadores automotivos se destacam pelos resultados altamente significativos alcançados após seu uso obrigatório em veículos leves. No entanto, as condições térmicas em que eles operam podem levar a um processo de perda de atividade significativa, após certo tempo de operação. Dentro desse contexto, este trabalho estudou o efeito da temperatura na desativação térmica de catalisadores automotivo modelo. Foram preparados catalisadores baseados em óxido misto de cério e zircônio na proporção 50% em mol de cério e zircônio (CZ). A partir dele foram produzidos os catalisadores Pd-CZ e Pd-CZ-LaAl. O catalisador Pd-CZ foi produzido pela impregnação do CZ com Pd na concentração de 0,5% m/m de CZ. O catalisador Pd-CZ-LaAl foi produzido a partir de uma mistura física do Pd-CZ com o suporte LaAl (alumina dopada com La na concentração de 1,9 % m/m de Al2O3), seguida de calcinação a 500˚C. Foram realizados envelhecimentos a 900C e 1200C em mufla com atmosfera oxidante por 12 e 36h. Os catalisadores foram caracterizados por um conjunto de técnicas físico-químicas. Foram realizadas análises de fisissorção de N2 para a medição da área específica e o estudo da evolução do diâmetro e volume de poros das amostras novas e envelhecidas. Análises de difração de raios X (DRX) foram feitas de forma a acompanhar possíveis transições de fases após o envelhecimento das amostras. Foi realizada análise química para validar a composição das amostras e ensaios de análise térmica para o catalisador CZ visando identificar a temperatura onde ocorre o fenômeno de segregação de fases. Realizaram-se ensaios de redução a temperatura programada (RTP) visando quantificar o consumo de hidrogênio e associá-lo à evolução da redutibilidade das amostras após o envelhecimento térmico. Finalmente, a avaliação catalítica foi realizada com base nas reações de oxidação do CO e do propano e de redução do NO pelo CO, através da obtenção de curvas de lightoff. As análises de DRX mostraram que o envelhecimento a 900C ocasionou alterações de fases da alumina, mas não foi verificada segregação de fases no CZ. Já a 1200C observou-se a referida segregação de fases, que coincide com a drástica queda na área específica das amostras, em alguns casos observando-se o colapso das propriedades texturais do catalisador. As análises de RTP mostraram que, em determinadas condições, o envelhecimento térmico promove a redutibilidade do sistema CZ e a introdução de Pd torna o catalisador mais facilmente redutível o que é evidenciado pelo deslocamento dos picos de redução para temperaturas mais baixas em comparação ao CZ puro. Os testes catalíticos mostraram que a introdução do Pd é um fator fundamental para a conversão do propano. Os catalisadores contendo Pd também converteram melhor o CO. Para os catalisadores envelhecidos a 1200C, o único resultado positivo foi no caso do Pd-CZ-LaAl que apesar deste tratamento térmico, ainda converteu o CO, propano e NO. Desta forma o catalisador Pd-CZ-LaAl apresentou resultados mais satisfatórios e isto evidencia que a mistura com LaAl melhora o desempenho e a estabilidade térmica do catalisador em altas temperaturas (acima de 300C). / The automotive catalyst has significantly contributed to environmental protection since its use in light vehicles became mandatory. However, it is constantly subjected to severe thermal conditions which may cause a significant decrease in catalytic activity. Thus, this work studied the effect of temperature in the thermal deactivation of model automotive catalysts. All the catalysts were prepared with cerium and zirconium mixed oxides containing 50 mol % of cerium and zirconium (CZ). The Pd-CZ and Pd-CZ-LaAl catalysts were prepared by impregnation of CZ with Pd to obtain 0.5% of the noble metal in the catalyst. The Pd-CZ-LaAl catalyst was prepared from a physical mixture of Pd-CZ and the LaAl support (alumina doped with 1,9 wt% of La), followed by calcination at 500C. The samples were subjected to aging at 900C and 1200C in oxidizing atmosphere for 12 and 36h. The catalysts were characterized by a set of physicochemical techniques. Analyses of N2 physisorption for the determination of the surface area and the study of the evolution of the pore volume and diameter for fresh and aged samples were carried out. X-ray diffraction (XRD) experiments were done to follow possible phase transitions after aging. Chemical analysis was carried out to validate the composition of the samples. The CZ samples were subjected to thermal analysis to identify the temperature in which phase segregation occurs. Temperature programmed reduction (TPR) experiments were carried out to quantify the amount of hydrogen necessary to the catalyst reduction and to associate it to the samples reducibility after thermal aging. Finally, catalytic evaluation was based on the lightoff curves obtained for CO and C3H8 oxidation and reduction of NO by CO. XRD analyses evidenced alumina phase transitions after aging at 900C, but not for CZ. However, after aging at 1200C, there was phase segregation, which is consistent with the drastic decrease in surface area. Some catalysts presented collapse of the textural properties. TPR analyses showed that, in determined conditions, thermal aging promotes the reduction of CZ system and the introduction of Pd promotes the catalyst reduction. This is evidenced by the shift of the reduction peaks to lower temperatures observed in PdCZ profiles compared to pure CZ profiles. Catalytic tests showed that Pd introduction is crucial for C3H8 conversion. Pd catalysts also achieved higher CO conversions. For the catalysts aged at 1200C, the only positive result was obtained with the Pd-CZ-LaAl catalyst, which still converted CO, C3H8 and NO. Thus, the Pd-CZ-LaAL catalysts presented the best results, indicating that the impregnation of Pd-CZ with LaAl improves the performance and the stability of the catalyst at high temperatures (above 300C).

Orientador: Yoshitaka Gushikem / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-20T16:56:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Canevari_ThiagodaCruz_D.pdf: 2821542 bytes, checksum: 1a2c7ff35fcd8e34d5867b81b4bb960b (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Este trabalho tem como objetivo sintetizar e caracterizar três materiais diferentes obtidos pelo processo sol-gel: SiO2/SnO2, SiO2/SnO2/Sb2O5 e o filme de Nb2O5 formado sobre a superfície do material cerâmico SiO2/C e utilizá-los como matriz no desenvolvimento de sensores eletroquímicos. O óxido misto, SiO2/SnO2, foi sintetizado utilizando como fonte de SnO2, SnCl4.5H2O, utilizando diferentes catalisadores ácidos HCl e HF (F-). As diferenças estruturais e morfológicas apresentadas pelos óxidos mistos, SiO2/SnO2, em virtude do uso de diferentes catalisadores ácidos, foram investigadas por meio das isotermas de adsorção/dessorção de N2, espectroscopia de fluorescência de raios X, difração de raios X, espectroscopia na região do infravermelho, microscopia eletrônica de transmissão, espectroscopia fotoeletrônica de raios X (XPS), medidas de condutividade elétrica e medidas eletroquímicas visando a utilização destes óxidos mistos como matriz suporte para desenvolvimento de sensores eletroquímicos. O material, SiO2/SnO2/Sb2O5, foi obtido por meio da incorporação do Sb2O5 sobre a superfície do óxido misto, SiO2/SnO2, previamente sintetizado utilizando como fonte de SnO2, o dibutildiacetato de estanho. Este recobrimento foi realizado utilizando, CH2Cl2 seco, em atmosfera inerte, pela técnica de "Enxerto¿. O material, SiO2/SnO2/Sb2O5, foi caracterizado por meio da isoterma de adsorção/dessorção de N2, espectroscopia de fluorescência de raios X, microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de energia dispersiva (EDS) e espectroscopia fotoeletrônica de raios X (XPS). Sobre este material foi imobilizado o corante catiônico, azul de meldola, no qual foi preparado um eletrodo de disco rígido com objetivo de estudar a eletrooxidação do cofator NADH utilizando as técnicas de voltametria cíclica e cronoamperometria visando o desenvolvimento de um biossensor eletroquímico. A formação do filme de Nb2O5 sobre a superfície do material carbono cerâmico SiO2/C, utilizando a técnica de spin-coating, foi realizado após o material SiO2/C ser sintetizado utilizando o processo sol-gel. O filme de Nb2O5 preparado foi caracterizado utilizando a técnica de microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de energia dispersiva (EDS) e espectroscopia fotoeletrônica de raios X (XPS). Com este material foi preparado um eletrodo de disco rígido com objetivo de estudar a eletrooxidação dos isômeros fenólicos, hidroquinona e catecol na presença de resorcinol utilizando a técnica de voltametria de pulso diferencial / Abstract: This work describes the synthesis and characterization of three different materials: SiO2/SnO2, SiO2/SnO2/Sb2O5 and the film of Nb2O5 formed on the surface of the ceramic material SiO2/C obtained by sol-gel process and to use them as matrix in the development of electrochemical sensors. The mixed oxides, SiO2/SnO2, were synthesized using as source of SnO2, SnCl4.5H2O, using different acid catalysts HCl and HF (F). The structural and morphological differences provided by mixed oxides, SiO2/SnO2, due to the use of different catalysts were evaluated by using several like area superficial BET technique, ray X fluorescence spectroscopic, ray X diffraction, IV spectroscopic, transmission electron microscopic (TEM), ray X spectroscopic photoelectron excited (XPS) and electrical conductivity and electrochemical measurements in order to use these mixed oxides as matrix support for development of electrochemical sensors. The material SiO2/SnO2/Sb2O5 was obtained by incorporation of Sb2O5 on the surface of the mixed oxide SiO2/SnO2, previously synthesized using as source of SnO2, dibutildiacetate of tin. This coating was performed using, CH2Cl2 dry, in inert atmosphere, using the technique of "Grafting." The SiO2/SnO2/Sb2O5 material was characterized using area superficial BET technique, ray X fluorescence spectroscopic, scanning electron microscopic (SEM), energy dispersive spectroscopic (EDS) and ray X spectroscopic photoelectron excited (XPS). On this material was immobilized on the cationic dye Meldola Blue, which was prepared in a rigid disk electrode to study the electrooxidation of the cofactor NADH using cyclic voltammetry and chronoamperometry technique for the development of an electrochemical biosensor. The formation of Nb2O5 film on the surface carbon ceramic material SiO2/C, using the technique of spin-coating was carried out after material for SiO2/C is synthesized using the sol-gel process. Nb2O5 film prepared was characterized using scanning electron microscopic (SEM), energy dispersive spectroscopic (EDS) and ray X spectroscopic photoelectron excited (XPS). With this material was prepared a disc rigid electrode in order to study the electrooxidation of phenolic isomers, hydroquinone and catechol in the presence of resorcinol using differential pulse voltammetry technique / Doutorado / Quimica Inorganica / Doutor em Ciências