Compostos de vanádio são extensivamente estudados, devido suas propriedades redox, eletroquímicas, catalíticas, magnéticas e biológicas. Nesta dissertação tivemos como foco de nosso trabalho o composto VOPO4.2H2O que apresenta uma forma lamelar com suas lamelas unidas por interações de Van der Waals. Essas fracas interações interlamelares fazem do fosfato de vanadila e de seus componentes análogos excelentes matrizes para a síntese de compostos de intercalação. A morfologia do VOPO4.2H2O mostrou-se sensível a alterações de temperatura e tempo durante síntese. Através da alteração destes parâmetros obtivemos um sólido lamelar com um grau de organização inferior a matriz sintetizada à 130oC e 16 horas, devido a existência da fase II-VOPO4 que foi constatada por difração de raios-X. A quantidade de dois mols de água por mol de VOPO4 manteve-se constante segundo as análises termogravimétricas. As imagens de microscopia eletrônica de varredura confirmaram a estrutura lamelar dos produtos, no entanto uma forma rosácea foi constatada em VOPO4/160oC, sugerindo a presença da fase VOHPO4.0,5H2O, precursora da fase (VO)2P2O7 que atua como catalisador seletivo na reação de oxidação do n-butano à anidrido malêico. A intercalação de íons lantanídeos na matriz VOPO4.2H2O produziu sólidos lamelares com cristalinidade inferior a matriz hospedeira, devido a distorção dos octaedros ocasionado pela redução dos íons vanádio (V) à (IV) apresentando uma diminuição na distância interlamelar com concomitante inserção de íons lantanídeos visando o balanceamento de carga na matriz. A reação de intercalação da matriz VOPO4.2H2O utilizando os tensoativos CTAB e CPC apresentaram resultados satisfatórios confirmados por difração de raios-X e espectrofotometria na região infravermelho. A intercalação de poli(óxido de etileno) assistida com brometo de cetiltrimetilamônio mostrou-se mais adequada apresentando sólidos organizados devido as moléculas de CTAB atuarem como agente diretivo. / Vanadium compounds are intensively studied due to their electrochemical, catalytic, magnetic and biological properties. In this work, our goal was to investigate the VOPO4.2H2O (vanadyl phosphate), which has a lamellar structure formed by VOPO4 sheets interconnected by weak interactions. Taking advantage of this structure, it is possible to synthesize several different intercalation compounds in which the guest species can vary from simple ions to polymeric species. The morphology of VOPO4.2H2O is very sensitive to temperature and time of reaction changes. By varying both parameters, several lamellar matrices have been synthesized. X-ray diffraction, thermal analysis and scanning electronic microscopy showed that depending on the synthetic conditions the arrangements VOPO4.2H2O can change the shape. For instance, in one of the experiments, a rose-like structure was produced, suggesting the presence of VOHPO40.5H2O phase, precursor of (VO)2P2O7 phase, which acts as oxidation catalyst of the n-butane to maleic anhydride. Intercalation of lanthanide ions leads to lamellar solids with low crystallinity in relation to the matrix due to octahedric distortion caused by reduction of vanadium ions (VV to VIV). Besides, it was observed a decrease of the interlamellar distance in function of the electroneutrality balance between the lamellar sheets. Intercalation compounds were produced by reacting surfactants molecules directly with the matrix under hydrothermal conditions. Surfactant-assisted intercalation of poly(ethylene oxide) into VOPO4.2H2O was conducted under soft conditions with the surfactant/matrix compound as a suspension in an aqueous polymer solution.

Compostos de vanádio são extensivamente estudados, devido suas propriedades redox, eletroquímicas, catalíticas, magnéticas e biológicas. Nesta dissertação tivemos como foco de nosso trabalho o composto VOPO4.2H2O que apresenta uma forma lamelar com suas lamelas unidas por interações de Van der Waals. Essas fracas interações interlamelares fazem do fosfato de vanadila e de seus componentes análogos excelentes matrizes para a síntese de compostos de intercalação. A morfologia do VOPO4.2H2O mostrou-se sensível a alterações de temperatura e tempo durante síntese. Através da alteração destes parâmetros obtivemos um sólido lamelar com um grau de organização inferior a matriz sintetizada à 130oC e 16 horas, devido a existência da fase II-VOPO4 que foi constatada por difração de raios-X. A quantidade de dois mols de água por mol de VOPO4 manteve-se constante segundo as análises termogravimétricas. As imagens de microscopia eletrônica de varredura confirmaram a estrutura lamelar dos produtos, no entanto uma forma rosácea foi constatada em VOPO4/160oC, sugerindo a presença da fase VOHPO4.0,5H2O, precursora da fase (VO)2P2O7 que atua como catalisador seletivo na reação de oxidação do n-butano à anidrido malêico. A intercalação de íons lantanídeos na matriz VOPO4.2H2O produziu sólidos lamelares com cristalinidade inferior a matriz hospedeira, devido a distorção dos octaedros ocasionado pela redução dos íons vanádio (V) à (IV) apresentando uma diminuição na distância interlamelar com concomitante inserção de íons lantanídeos visando o balanceamento de carga na matriz. A reação de intercalação da matriz VOPO4.2H2O utilizando os tensoativos CTAB e CPC apresentaram resultados satisfatórios confirmados por difração de raios-X e espectrofotometria na região infravermelho. A intercalação de poli(óxido de etileno) assistida com brometo de cetiltrimetilamônio mostrou-se mais adequada apresentando sólidos organizados devido as moléculas de CTAB atuarem como agente diretivo. / Vanadium compounds are intensively studied due to their electrochemical, catalytic, magnetic and biological properties. In this work, our goal was to investigate the VOPO4.2H2O (vanadyl phosphate), which has a lamellar structure formed by VOPO4 sheets interconnected by weak interactions. Taking advantage of this structure, it is possible to synthesize several different intercalation compounds in which the guest species can vary from simple ions to polymeric species. The morphology of VOPO4.2H2O is very sensitive to temperature and time of reaction changes. By varying both parameters, several lamellar matrices have been synthesized. X-ray diffraction, thermal analysis and scanning electronic microscopy showed that depending on the synthetic conditions the arrangements VOPO4.2H2O can change the shape. For instance, in one of the experiments, a rose-like structure was produced, suggesting the presence of VOHPO40.5H2O phase, precursor of (VO)2P2O7 phase, which acts as oxidation catalyst of the n-butane to maleic anhydride. Intercalation of lanthanide ions leads to lamellar solids with low crystallinity in relation to the matrix due to octahedric distortion caused by reduction of vanadium ions (VV to VIV). Besides, it was observed a decrease of the interlamellar distance in function of the electroneutrality balance between the lamellar sheets. Intercalation compounds were produced by reacting surfactants molecules directly with the matrix under hydrothermal conditions. Surfactant-assisted intercalation of poly(ethylene oxide) into VOPO4.2H2O was conducted under soft conditions with the surfactant/matrix compound as a suspension in an aqueous polymer solution.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2605.pdf: 2742879 bytes, checksum: d9cd64d43e54800c1766d6c2f4940a33 (MD5) Previous issue date: 2009-08-03 / The selective catalytic reduction of NOx with ammonia is the best technology available today to carry out the abatement of nitrogen oxide emissions in industrial gas effluents. Currently, vanadia-titania catalysts promoted with WO3 or MoO3 are the most active catalysts for the mentioned reaction. They show a very good catalytic stability for a long time. However, vanadia is also active in the oxidation of SO2 (a compound commonly found in industrial effluents) to SO3 this reaction is highly undesirable since SO3 reacts with water present at effluent gas and ammonia, producing sulfuric acid and ammonium sulfates, NH4HSO4 and (NH4)2SO4. The ammonium sulfates can deposit and accumulate themselves on the catalyst surface besides causing pressure drop problems or equipment corrosion. Apart from this, vanadia-titania catalysts are partially sulfated in SO2 presence, they have specific surface area relatively low (in the order of 40 m2/g) and they can show difficulties when they are discarded because vanadia (as well as WO3 and MoO3) is poisonous to the soil and water. Thus, the optimization or search for new catalytic systems for the selective reduction of NOx with ammonia acquires a significative importance. For this reason, the present work was set in the context of technological route of the selective catalytic reduction of NOx with ammonia and it has the objective of investigate the performance of some catalysts and/or supports (zeolites, mesoporous molecular sieves and transition metal oxides) in the reaction in focus. The studied catalysts were prepared through incipient wet impregnation method or by ionic exchange between a support and a VOSO4 solution. Afterwards, the solids were analyzed by a number of characterization techniques and they were tested in the selective catalytic reduction of NOx with ammonia in the presence of oxygen, in a temperature range of 200°C to 500°C. The materials that have shown the best performances in this first test were subjected to stability tests with water and SO2. The results demonstrated that the Si/Al ratio and the molecular sieve structure, as well as the original cation nature to be exchanged, had influence on the catalyst behavior in the face of the reaction in focus. Finally, accordingly to the test battery accomplished in this investigation, one can say that zeolite H-ZSM-5 exchanged with VO2+ ion was the best catalyst to the selective catalytic reduction of NOx with ammonia, in the temperature range of 350°C to 500°C. It was better, in the test conditions, than the V2O5-WO3/TiO2 (similar to a commercial type). / A redução catalítica seletiva de NOx com amônia é a melhor tecnologia disponível nos dias de hoje para fazer o abatimento de emissões de óxidos de nitrogênio dos efluentes gasosos produzidos por fontes estacionárias (indústrias e plantas de geração de energia). Atualmente, os catalisadores de vanádia-titânia promovidos com WO3 ou MoO3 são os mais ativos para aquela reação, exibindo uma estabilidade catalítica muito boa ao longo do tempo. Contudo, a vanádia é ativa, também, na oxidação de SO2 (um composto encontrado comumente em efluentes gasosos industriais) a SO3 reação altamente indesejada porque o SO3 reage com a água presente no gás efluente e com a amônia, produzindo ácido sulfúrico e os sulfatos de amônio, NH4HSO4 e (NH4)2SO4. Os sulfatos de amônio podem depositar-se e acumular-se sobre o catalisador ou causar problemas de perda de carga ou de corrosão em equipamentos. Além disso, catalisadores de vanádia-titânia são parcialmente sulfatados em presença de SO2, possuem uma área superficial específica relativamente baixa (da ordem de 40 m2/g) e podem representar dificuldades para serem descartados, uma vez que a vanádia pode ser venenosa ao solo ou à água (o mesmo pode ser dito em relação aos óxidos WO3 e MoO3). Assim sendo, a questão da otimização ou busca de novos sistemas catalíticos para a redução seletiva de NOx com amônia adquire importância considerável. Por essa razão, o presente trabalho foi situado dentro do contexto da rota tecnológica da redução catalítica seletiva de NOx com NH3, tendo como objetivo principal a investigação do desempenho de certo número de catalisadores e/ou suportes abrangendo materiais de diferentes naturezas (zeólitas, peneiras moleculares mesoporosas e óxidos de metais de transição) frente à reação em foco. Os catalisadores estudados foram preparados através do método da impregnação a umidade incipiente ou por meio de trocas iônicas entre um suporte e uma solução de sulfato de vanadila (VOSO4). Em seguida, os sólidos tiveram a sua composição, textura e estrutura caracterizadas por um conjunto de técnicas e foram avaliados na redução catalítica seletiva de NOx com NH3 em presença de oxigênio, no intervalo de temperaturas de 200°C a 500°C. Os materiais que se destacaram nessa primeira avaliação foram, posteriormente, submetidos a teste de estabilidade com água e teste de estabilidade com SO2. Os resultados obtidos neste trabalho demonstraram que a razão Si/Al e a estrutura da peneira molecular utilizada nas trocas iônicas, assim como a natureza do cátion original a ser trocado, exercem influência no comportamento do catalisador na reação em foco. Finalmente, os testes realizados nesta investigação apontaram a zeólita H-ZSM-5 trocada com o íon VO2+ como o melhor catalisador para a redução catalítica seletiva do NOx com amônia, na faixa 350°C 500°C. Ela superou, nas condições dos testes, o V2O5-WO3/TiO2 (semelhante a um tipo comercial).

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:42:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JoseCVM_TESE_capa_ate_pag128.pdf: 3265790 bytes, checksum: 756c257ab1c64e4914df34565709a45f (MD5) Previous issue date: 2013-07-31 / In this work were synthesized the materials called vanadyl phosphate, hydrogen vanadyl phosphate and vanadyl phosphate doped by transition metals with the aim in adsorption the following compounds: ammonia, hydrogen sulfide and nitrogen oxide. To characterize the starting compounds was used DRX, FTIR, FRX and TG analysis. After the characterization of substrates, proceeded de adsorption of NH3 and H2S gases in reactor, passing the gases with continuous flow for 30 min and room temperature. Gravimetric data indicate that the matrices of higher performance in adsorption of ammonia was those doped by aluminum and manganese, obtaining results of 216,77 mgNH3/g and 200,40 mgNH3/g of matrix, respectively. The matrice of higher performance in adsorption of hydrogen sulfide was that doped by manganese, obtaining results of 86,94 mgH2S/g of matrix. The synthesis of substrates VOPO4.2H2O and MnVOPO4.2H2O with nitrogen oxide was made in solution, aiming the final products VOPO4.G.nH2O and MnVOPO4.G.nH2O (G = NO and n = number of water molecules). The thermo analytical behavior and the infrared spectroscopy are indicative of formation of VOPO4.2,5NO.3H2O compound. Results of scanning electron microscopy (SEM) and Energy dispersive spectroscopy (EDS) of materials vanadyl phosphate and vanadyl phosphate modified after reaction in solid state or in solution with the gases show morphology changes in substrates, beyond the formation of orthorhombic sulfur crystals over their respective hosts when these adsorb hydrogen sulfide / Neste trabalho foram sintetizados os materiais denominados fosfato de vanadila, hidrogeno fosfato de vanadila e fosfatos de vanadila dopados por metais de transi??o com fins na adsor??o de am?nia, sulfeto de hidrog?nio e ?xido de nitrog?nio. Para a caracteriza??o dos compostos de partida, recorre-se ?s t?cnicas de DRX, FTIR, FRX e TG. Ap?s a caracteriza??o dos substratos, procedeu-se a adsor??o dos gases NH3 e H2S em reator, passando os gases a vaz?o cont?nua durante 30 min e temperatura ambiente. Dados gravim?tricos indicam que as matrizes de maior desempenho na adsor??o de am?nia foram ?quelas dopadas por alum?nio e mangan?s, obtendo resultado de 216,77 mgNH3/g e 200,40 mgNH3/g de matriz, respectivamente. A matriz de maior desempenho para a adsor??o de sulfeto de hidrog?nio foi ?quela dopada por mangan?s, obtendo resultado de 86,94 mgH2S/g de matriz. As s?nteses dos substratos VOPO4.2H2O e MnVOPO4.2H2O com o g?s ?xido de nitrog?nio foram realizadas em solu??o, objetivando-se os produtos finais VOPO4.G.nH2O e MnVOPO4.G.nH2O (G = NO e n = n?mero de mol?culas de ?gua). O comportamento termoanal?tico e a espectroscopia na regi?o do infravermelho s?o indicativos da forma??o do composto VOPO4.2,5NO.3H2O. Resultados de microscopia eletr?nica de varredura (MEV) e espectroscopia de energia dispersiva (EDS) dos materiais fosfatos de vanadila e fosfatos de vanadila dopados ap?s rea??o no estado s?lido ou em solu??o com os gases indicam mudan?a na morfologia dos substratos, al?m da forma??o de cristais de enxofre ortorr?mbico sobre seus respectivos hospedeiros quando estes adsorvem sulfeto de hidrog?nio