Orientador: Maria Aparecida Silva / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-28T22:58:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Souza_FabianodoValede_M.pdf: 3561550 bytes, checksum: f3b4f61836648dece8c995dd128d26c3 (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: O conhecimento das propriedades fisicas dos materiais é de fundamental importância na caracterização de sólidos e de misturas de sólidos. As misturas de sólidos têm sido utilizadas cada dia mais em processos industriais, visando aprimorar as propriedades de interesse relativas a um material, como capacidade de adsorção e tempo de secagem. Este trabalho visa determinar varias propriedades físicas de dois sólidos, o Caulim e a Zeólita NaY, bem como a mistura destes dois sólidos, caracterizando estes materiais para que eles possam ser aplicados em processos industriais de uma forma mais eficiente. O objetivo do trabalho é apresentar equações que relacionem as propriedades dos materiais puros com as propriedades de suas respectivas misturas através das frações mássica e volumétrica das amostras. Desta forma, apenas a caracterização dos materiais puros seria suficiente para predizer as propriedades físicas de uma mistura binária ou de um sólido composto por três ou mais componentes. Outro objetivo do trabalho é apresentar valores confiáveis para que estes possam ser utilizados no estudo do transporte de massa no interior dos poros do material. Os aparelhos picnômetro de Hélio e porosímetro de Mercúrio foram utilizados na determinação das densidades real e bulk, e também na determinação da porosidade dos sólidos utilizados neste trabalho. A partir dos dados obtidos na porosimetria de Mercúrio e da equação de Wasburn, também foi possível a determinação das permeabilidades intrínseca e relativa das amostras. O método clássico de obtenção das isotermas de dessorção foi utilizado, onde os resultados foram aplicados nas equações de Kelvin e BET para a determinação da área superficial e da fração de microporos presente nas amostras. Finalmente, a distribuição de tamanho de partícula foi realizada para o Caulim e para a Zeólita Na Y através do Contador Coulter, para uma análise de como as partículas destes dois materiais se arranjam entre si. As equações propostas produziram curvas que estão de acordo com os resultados experimentais obtidos neste trabalho. Todas as propriedades fisicas puderam ser reproduzi das com as equações propostas, especialmente a área superficial especifica das partículas e a fração de microporos, onde a concordância com os resultados experimentais foi praticamente total / Abstract: The knowledge of the materials physical properties is specially important in the characterization of pure solids and mixtures. The solids mixtures have been used frequent1y in industriaI processes to improve the properties of interest of a material, as capacity of adsorption and drying time. This work aims to determine some physical properties of two solids, Kaolin and Zeolite Na Y, as well as of mixtures of these two solids. With this characterization, these materials wiIl be able to be applied in industrial processes with a better efficiency. The objective of the work is also to present equations that relate the properties of the pure materiais with the properties of their respective mixtures through the mass and volumetric fractions of the samples. In this way, only the characterization of the pure materials would be enough to predict the physical properties of a binary mixture or of a solid hold for three or more components. Another objective is to present reliable results so that these results can be used in the study of mass transport in the pores of materiais. The picnometer and mercury porosimeter had been used to determine the real and bulk densities, and also to determine the porosity of solids used in this work. From the data gotten in the porosimeter and using the equation of Washburn, the determination of the intrinsic and relative permeabilities of the samples was possible. The classic method to draw the desorption isotherms was used, where the results had been applied in the Kelvin and BET equations to determine the specific surface area and the fraction of micropores in the samples. Finally the particle size distribution was determined for the Kaolin and Zeolite Na Y with a Coulter Counter, for an analysis of how the particles of these two materials could be arranged between themselves. The derived equations had drawn curves that are in agreement with the experimental data gotten in this work. AlI the physical properties could be reproduced with the derived equations, especially the solid specific surface area and the fraction of micropores, where the agreement with the experimental results was practically total / Mestrado / Engenharia de Processos / Mestre em Engenharia Química

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:28:05Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:01:22Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / No presente estudo, a capacidade da zeólita sintetizada a partir de cinzas de carvão na remoção do corante remazol vermelho RB de solução aquosa foi investigada por meio de processo descontínuo. O equilíbrio foi alcançado após 360 min de tempo de contato. A velocidade de adsorção seguiu o modelo cinético de pseudo-segunda-ordem. Os dados de equilíbrio obtidos se ajustaram à isoterma de adsorção de Langmuir apresentando capacidade de adsorção máxima de 1,20 mg g-1. A eficiência de adsorção estava entre 75 a 91 % no tempo de equilíbrio. Visando obter as melhores condições de remoção do corante, verificou-se a influência dos seguintes parâmetros: concentração inicial do corante, pH da solução aquosa, dose do adsorvente e temperatura. Os parâmetros termodinâmicos foram avaliados indicando que o processo de adsorção do remazol vermelho sobre a zeólita é de natureza espontânea. Experimentos adicionando-se NaCl e Na2SO4 foram realizados com o objetivo de simular as reais condições dos efluentes de banhos de tingimento e avaliar a influência destes compostos quimicos no fenômeno de adsorção. Os dados de equilíbrio de adsorção do remazol vermelho sobre a zeólita foram alcançados em um tempo menor na presença de concentrações crescentes dos sais em solução e houve um aumento na capacidade de adsorção. A eficiência do estudo como tratamento foi avaliada quanto à toxicidade aguda utilizando o microcrustáceo Daphnia similis. / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:35:41Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:03:55Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / O uso de carvão mineral como fonte energética tem como consequência a geração de cinzas volantes, que é atualmente um dos resíduos mais gerados no Brasil. A primeira fase deste estudo consistiu em aplicar diferentes cinzas volantes de carvão provenientes de usinas termelétricas brasileiras na síntese de material zeolítico usando tratamento hidrotérmico clássico bem como caracterizar físico-quimicamente os produtos e as matérias primas. O conteúdo dos principais compostos formadores de estruturas de zeólitas, SiO2 e Al2O3, correspondeu acima de 70% para todas as amostras de cinzas. As cinzas apresentaram composição mineralógica similar com a presença de quartzo, mulita, hematita e magnetita. O tipo de zeólita formado por tratamento hidrotérmico variou em geral com a composição química das cinzas precursoras. Zeólitas NaP1 foram possíveis de serem sintetizadas somente usando-se matérias primas com baixo teor de ferro e cálcio. A zeólita X, por sua vez, foi obtida a partir de amostras com elevados teores de alumínio. Os valores de capacidade de troca catiônica (CTC) das zeólitas foram maiores do que os valores encontrados para as cinzas devido à elevada área específica e menor relação SiO2/Al2O3. Na segunda fase do estudo, zeólitas A e X com grau de pureza entre 88 e 100%, respectivamente, foram sintetizadas pelo método de duas etapas com fusão prévia utilizando-se dois tipos de cinzas de carvão brasileiras com diferentes composições químicas e sem tratamento prévio. Não foram utilizadas sementes ou agentes direcionadores de estrutura durante a síntese. Um roteiro geral para a síntese de zeólitas A e X com elevado grau de pureza foi elaborado baseando-se nos estudos relatados na segunda fase deste estudo. Verificou-se por meio dos estudos de composição mineralógica e morfologia que o método de duas etapas com fusão prévia das cinzas é responsável pela síntese de materiais mais puros e uniformes quando comparados aos materiais sintetizados pelo tratamento hidrotérmico clássico. Os valores da relação Si/Al molar calculados para todas as zeólitas com elevado grau de pureza foram próximos aos valores teóricos presentes em literatura e seus valores de CTC representaram um aumento de 1,9 a 3,0 vezes com relação às zeólitas sintetizadas pelo tratamento hidrotérmico clássico. Um estudo da possibilidade de reaproveitamento da solução remanescente de síntese hidrotérmica clássica foi realizado. Os materiais zeolíticos resultantes apresentaram misturas de fases de zeólitas A, X e Sodalita. O projeto de uma planta em escala piloto para a produção de material zeolítico usando cinzas de carvão como matéria prima contendo a descrição do processo e a lista de equipamentos e materiais básicos é também apresentado na tese. Este projeto poderá servir de base para as usinas termelétricas a carvão que desejam agregar valor às cinzas volantes produzidas em grande escala. / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:33:31Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:04:36Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Nesta dissertação foi estudada a zeólita sintetizada a partir de cinzas leves de carvão como um potencial adsorvente para a remoção de corante reativo preto 5 (RP5). Ensaios cinéticos e de equilíbrio foram realizados visando obter-se as melhores condições para a adsorção deste corante, e verificou-se a influência dos seguintes parâmetros: efeito do tempo de contato, concentração inicial do corante, dose do adsorvente, pH da solução aquosa, adição dos sais NaCl e Na2SO4 e temperatura. O tempo de equilíbrio foi alcançado após 420 min. Os dados de adsorção foram ajustados melhor ao modelo cinético de pseudo-segunda-ordem. Para o sistema corante/adsorvente foi aplicado o modelo de isoterma de adsorção de Langmuir, apresentando capacidade de adsorção máxima de 0,685 mg g-1. Os dados experimentais mostraram uma alta porcentagem de remoção de 47,7 a 88,1% de RP5 sobre a zeólita. A alta porcentagem indicou que o material zeolítico apresenta potencial para ser usado como adsorvente na remoção de corantes azo reativo de indústrias têxteis. Os parâmetros termodinâmicos foram avaliados e demonstraram que o processo de adsorção do RP5 sobre a zeólita é espontâneo e exotérmico. Os experimentos adicionando os sais foram realizados para uma melhor simulação das condições reais do efluente. Os resultados mostraram que o equilíbrio de adsorção do RP5 sobre a zeólita na presença de sais foram alcançados em um tempo menor e que quanto maior a concentração dos sais na solução, maior a capacidade de adsorção. O resultado obtido na avaliação da toxicidade pelo microcrustáceo Daphnia similis, o tratamento de adsorção com zeólita se mostrou extremamente favorável5 reduzindo a carga tóxica e cor do efluente aquoso. / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Orientadores: Jose Roberto Nunhez, Gustavo Paim Valença / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-13T11:29:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pagani_AdrianaSiviero_D.pdf: 5130407 bytes, checksum: b53a0b1f8d58411a68c3cb683c12eba0 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: O 1-octeno, 2,2,4-trimetil-pentano e n-octano foram utilizados como moléculas modelo para o estudo experimental e de modelagem do craqueamento catalítico na superfície de dois catalisadores comerciais (PETROBRAS), compostos por zeólita USY e matriz (SiO2-Al2O3) com impregnação de terras raras (CTR) e sem a impregnação de terras raras (STR), ambos desativados pelo método vapor. Os testes de craqueamento catalítico foram realizados em fase gasosa em reator tubular de leito fixo, construído em quartzo, na faixa de temperatura de 325 a 685 K para o 1-octeno, 725 a 950 K para o 2,2,4-trimetil-pentano e 815 a 975 K para o n-octano à pressão atmosférica. O catalisador STR apresentou valores de taxa de giro (s-1) maiores que os encontrados para o CTR. As energias de ativação aparente apresentaram a seguinte ordem decrescente: n-octano (STR: 180 kJ mol-1 e CTR: 192 kJ mol-1) > 2,2,4-trimetil-pentano (STR: 121 kJ mol-1 / CTR: 127 kJ mol-1) > 1-octeno (STR: 18 kJ mol-1 / CTR: 23 kJ mol-1). Os mecanismos de reações foram determinados para as três moléculas modelo através dos produtos de reação determinados experimentalmente e considerando as famílias de reações de iniciação, isomerização, transferência de hidrogênio, adsorção/dessorção e cisão-ß/oligomerização. A modelagem do craqueamento catalítico foi desenvolvida segundo a teoria da colisão, a teoria do estado de transição e as propriedades termodinâmicas das espécies envolvidas nos mecanismos. As taxas de giro da modelagem cinética apresentaram uma diferença com as taxas de giro experimentais de aproximadamente 20%. / Abstract: The 1-octene, 2,2,4-trimethylpentane and n-octane were used as model molecules in an experimental and modeling study for the catalytic cracking on the surface of commercial catalysts (PETROBRAS) that are composed of USY zeolite and matrix with rare earth impregnation (CTR) and without rare earth impregnation (STR), both deactivated by steam method. The experimental tests were carried out in the gas phase, in a fixed bed tubular reactor made of quartz in the temperature range of 325 to 685 K for the 1-octene, 725 to 950 K for the 2,2,4-trimethylpentane and 815 to 975 K for the n-octane at atmospheric pressure. The catalyst STR showed higher values of turnover rate (s-1) than the catalyst CTR. The apparent activation energies showed the following decreasing order: n-octane (STR: 180 kJ mol-1 and CTR: 192 kJ mol-1) > 2,2,4-trimethylpentane (STR: 121 kJ mol-1 / CTR: 127 kJ mol-1) > 1-octene (STR: 18 kJ mol-1 / CTR: 23 kJ mol-1). The reactions mechanisms were determined for the three model molecules with the reaction products obtained experimentally and considering the families of reactions of initiation, isomerization, hydride transfer, adsorption/desorption and ß-scission/oligomerization. The modeling of the catalytic cracking was developed according to the collision theory, the transition state theory and the thermodynamics properties of the adsorbed species involved in the mechanisms. The model turnover rates showed a difference between the experimental turnover rates near 20 %. / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Submitted by Celso Magalhaes (celsomagalhaes@ufrrj.br) on 2017-06-09T13:11:00Z No. of bitstreams: 1 2016 - Glenda Cristina da Silva Lopes.pdf: 3117864 bytes, checksum: 398fb3e84e1b16247f7cc7afb1069541 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-09T13:11:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016 - Glenda Cristina da Silva Lopes.pdf: 3117864 bytes, checksum: 398fb3e84e1b16247f7cc7afb1069541 (MD5) Previous issue date: 2016-08-26 / Funda??o de Apoio a Pesquisa Cient?fica e Tecnol?gica da UFRRJ-FAPUR / In the present dissertation it was conduced the study of the mesoporous mordenite production by the direct synthesis using hydrothermal media or dry gel convertion. Activated charcoal, starch, carboxymethylcellulose and carbon black were used as mesoporosity templating. To evaluate the effect of these templates, samples were prepared with molar composition of 20 SiO2: 1 Al2O3: 6 Na2O: 600 H2O, by hydrothermal synthesis and 20 SiO2: 1 Al2O3: 4 Na2O, by dry synthesis, following procedures described in the literature and adding different amounts of templates to the synthesis gel. As reagents for the synthesis gel assay, were utilized sodium hydroxide, sodium aluminate, silica (Aerosil 200) and deionized water. The synthesis temperature was 175 ? C, while the synthesis time was 5 days and 3 days for the hydrothermal and dry method, respectively. For characterization of the samples was used X-ray diffraction (XRD), analysis by nitrogen adsorption/desorption measurements and determination of the acidity by temperature programmed desorption of ammonia (NH3-TPD). An evaluation of the samples was carried out using the n-heptane cracking reaction at 380 ? C. By X-ray diffraction, it was observed that the majority of the experiments formated of mordenite phase. The textural properties, particularly the volume of mesopores, improved in most samples synthesized in the presence of the template, however, the values obtained were lower than those defined in the literature for mesoporous materials. The samples showed only a peak of ammonia adsorption in NH3-TPD profiles, related to weak acid sites. Most samples synthesized in the presence of drivers showed an increase in the conversion of n-heptane, while the samples obtained by dry gel convertion showed higher conversion than the hydrothermally synthesized. / No presente trabalho foi realizado o estudo da produ??o de mordenita mesoporosa a partir da s?ntese direta, em meio hidrot?rmico e seco, na presen?a do carv?o ativado, amido, carboximetilcelulose e negro de fumo como direcionadores de mesoporosidade. Para avaliar o efeito desses direcionadores, foram preparadas amostras com composi??o molar de 20 SiO2: 1 Al2O3: 6 Na2O: 600 H2O, pela s?ntese hidrot?rmica e 20 SiO2: 1 Al2O3: 4 Na2O, pela s?ntese seca, seguindo os procedimentos descritos na literatura e adicionando quantidades diferentes dos direcionadores ao gel de s?ntese. Como reagentes para o gel de s?ntese, foram utilizados hidr?xido de s?dio, aluminato de s?dio, s?lica (aerosil 200) e ?gua deionizada. A temperatura de s?ntese foi de 175 ?C, enquanto o tempo de s?ntese foi de 5 dias e 3 dias, para o m?todo hidrot?rmico e seco, respectivamente. Para caracteriza??o das amostras usou-se difra??o de raios X (DRX), an?lise textural por medidas de adsor??o/dessor??o de nitrog?nio e determina??o da acidez por dessor??o de am?nia ? temperatura programada (TPD-NH3). Realizou-se a avalia??o catal?tica das amostras atrav?s da rea??o de craqueamento de n-heptano a 380 ?C. Pelos difratogramas de raios X, foi observado que na maioria dos experimentos ocorreu a forma??o da mordenita. As propriedades texturais, especialmente o volume de mesoporos, melhoraram na maioria das amostras sintetizadas na presen?a do direcionador, por?m, os valores obtidos foram inferiores aos definidos pela literatura para materiais mesoporosos. As amostras apresentaram apenas um pico de adsor??o de am?nia nos perfis de TPD-NH3, referentes aos s?tios ?cidos fracos. A maioria das amostras sintetizadas na presen?a dos direcionadores apresentou aumento na convers?o do n-heptano, sendo que as amostras obtidas por s?ntese em meio seco apresentaram maior convers?o do que as sintetizadas em meio hidrot?rmico.

Orientador: Heloise de Oliveira Pastore / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-21T15:14:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ramos_FranciscaSolaneadeOliveira_M.pdf: 5550553 bytes, checksum: c97e45758df14cd712ea691a6174a574 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: A aplicação dos silicatos lamelares como catalisadores apresenta como limitações as baixas área superficial e acidez, porém, esses sólidos têm como principais propriedades a reatividade dos grupos Si-OH e Si-ONa da superfície de suas lamelas e sua capacidade de troca iônica. Em função disso, esses sólidos podem sofrer uma variedade de modificações em sua superfície e em seu espaço lamelar e até passar de uma estrutura 2D para uma estrutura 3D. As lamelas do silicato lamelar Na-RUB-18, além de serem recobertas por Si-OH e Si-O, são constituídas de cavidades de quatro anéis de cinco membros [5], presentes tanto no RUB-24 quanto na MOR, assim como em outros zeólitos, indicando que tal lamelar seja potencial precursor de estruturas zeolíticas. Por tais motivos, o presente trabalho teve como objetivo estudar e descrever como o Na-RUB-18 se transforma nas estruturas zeolíticas MOR e RUB-24, por processos hidrotérmico e topotático, respectivamente, e como essas estruturas 2D e 3D se relacionam. A gradual aproximação das lamelas do Na-RUB-18 e conseqüente condensação dos grupos Si-OH, ou seja, unidades Q ([O4Si]3Si-OH), ocasiona a formação de ligações Si-O-Si, unidades Q ([O4Si]4-Si), gerando a estrutura 3D. No caso do zeólito MOR, esse processo é induzido pela adição de uma fonte de alumínio, Al[OCH(CH3)2]3 ou Na2Al2O4. O presente trabalho também investiga a etapa de aproximação das lamelas do Na-RUB-18, ocasionando na sua condensação em RUB-24. A condensação das lamelas do precursor lamelar no RUB-24 via processo topotático é conduzida por um agente direcionador de estrutura, o íon trietilenotetramônio, comprovando que tal processo, como a transformação hidrotérmica, não acontece aleatoriamente / Abstract: The application of the layered silicates in heterogeneous catalysis has limitations such as low surface area and acidity. However, these solids also have ion exchange capacity and their surfaces can be covalently modified with silylation reagents. As a result, they can undergo a variety of surface changes yielding modifications in interlayer space and in the structure lamellar that may even cause collapse of a 2D structure to a 3D. The framework of layered silicate Na-RUB-18 is composed of four five-membered rings, [5] and its surface made of Si-OH and Si-ONa. The [5] cage is a building unit also found in zeolitic structures, as RUB-24 and MOR, indicating that the structure of Na-RUB-18 contains important elements of microporous materials structures and should be regarded as a potential precursor structure to the three-dimensional four-connected microporous framework silicates. This work aimed of studying and describing the transformations of the Na-RUB-18 into MOR and RUB-24 by hydrothermal and topotactic process, respectively. The gradual reduction of interlayer distance of the Na-RUB-18 led to the condensation of the Si-OH groups, Q units ([O4Si]3Si-OH), forming Si-O-Si bonds, Q units ([O4Si]4-Si), i.e., a 3D structure. In the preparation of MOR zeolite by hydrothermal transformation, the process is conducted through addition of a aluminum source, Al[OCH(CH3)2]3 or Na2Al2O4. This work also investigated the formation of RUB-24 through Na-RUB-18 collapsing. The topotactic reaction between Si-OH groups of the lamellar precursor was conducted by a structure-directing agent, triethylenetetrammonium ion, proving that this process, as the hydrothermal transformation, does not occur randomly / Mestrado / Quimica Inorganica / Mestra em Química

L'Europe est confrontée à des défis climatiques et énergétiques et vise à accroître l'utilisation de la biomasse dans la production d'énergies renouvelables. De nombreuses difficultés technologiques persistent, par exemple, la gazéification de la biomasse produit un gaz de synthèse riche en goudrons et H2S qui peuvent conduire à une désactivation des catalyseurs dans les réacteurs en aval. Notre objectif a été de développer des catalyseurs stables qui peuvent réformer complètement ces hydrocarbures contenus dans le gaz de synthèse. Des nanoparticules de nickel encapsulées dans des monocristaux de silicalite-1 creusée formant une cavité unique ("single-hollow") ont été étudiées. L'encapsulation a pour but de limiter le frittage des particules et le cokage dans des conditions de reformage difficiles. Le frittage de ces particules au sein de chaque monocristal a cependant été observé. La synthèse d'une nouvelle structure creusée (c'est-à-dire un monocristal de zéolites avec de multiples cavités mésoporeuses, nommé "multi-hollow") a été développée. L'exclusion en taille de composés aromatiques larges par la membrane l'échantillon a été démontré. Ce matériau a également permis d'améliorer la dispersion initiale des nanoparticules métalliques. L'activité de l'échantillon a cependant été affectée par deux facteurs principaux associés aux étapes de préparation, c'està- dire la formation d'une couche de silice à la surface des particules et d'un empoisonnement au phosphore. Au cours du réformage d'un gaz de synthèse model riche en hydrocarbures, la membrane silicalite-1 n'a pu empêcher la désactivation due aux goudrons des particules de nickel encapsulées, car ceux-ci craquent aux températures typiques de reformage en composés aromatiques plus petits, susceptibles de se diffuser à travers la paroi de type MFI. La préparation de matériaux analogues à base de Rh n'a pas pu être réalisée. Des catalyseurs à base de Rh et de Ni supportés sur alumine ont ensuite été testés. Nous avons montré que le H2S induit une chute significative de l'activité en reformage et que les catalyseurs au Rh sont les moins influencés par le cokage et l'empoisonnement au S. L'activité en reformage du méthane était proportionnelle à la surface spécifique en Rh. Une température de réaction élevée (> 875 °C) a été jugée nécessaire pour limiter la désactivation par cokage / Europe is facing climate and energy challenges and aims at increasing the utilization of biomass in the production of renewable fuels. Many technological difficulties remain, for instance, biomass gasification produces a syngas rich in tars and H2S that can lead to catalyst poisoning in downstream reactors. Our goal was to develop stable catalysts that could fully reform producer gas. Nickel nanoparticles encapsulated inside hollow silicalite-1 single crystals were studied. The encapsulation was expected to limit particle sintering and coking under harsh reforming conditions. These particles could still sinter within each single crystal. The synthesis of a novel hollow structure ("multi-hollow", i.e. a single zeolite crystal with multiple mesoporous cavities) was developed. The size-exclusion of large aromatic compounds from the sample was demonstrated. This material also enabled improving the initial dispersion of metal nanoparticles. The sample activity was yet adversely affected by two main factors associated with the preparation steps, i.e. the formation of a silica over-layer and phosphorus-poisoning. During the reforming of a simulated producer gas, the silicalite-1 membrane could not prevent tar-related deactivation of embedded nickel particles, because those were cracked at typical reforming temperatures into smaller aromatic compounds, which could diffuse throughout the MFI-type layer. The preparation of Rh-based multi-hollow analogues could not be achieved. Alumina-supported Rh and Ni-based catalysts were then tested. H2S induced a large drop of the reforming activity and Rh catalysts were the least impacted by coking and S-poisoning. Methane reforming rate were proportional to the Rh metal surface area. The use of high reaction temperatures (>875°C) was shown to be necessary to limit deactivation by coking

Cette thèse s'articule autour des zéolithes, plus particulièrement leur synthèse, leur caractérisation et leur application comme catalyseurs hétérogènes. Dans certains cas, la compréhension des phénomènes encontrés au cours de ce processus nécessitait un travail de rationalisation. Ce dernier ingrédient permet une réelle amélioration continue, ou une conception sur mesure d'un catalyseur pour une réaction. Les zéolithes sont des aluminosilicates, microporeux et cristallins, qui se définissent et se différencient de part leur arrangement 3D de tétraèdres (SiO4 et AlO4) . Il a été essayé d'utiliser des zéolithes conçues sur mesures en tant que catalyseurs pour des réactions faisant partie d'une chimie renouvelable. Ainsi, ces travaux s'inscrivent dans le cadre des concepts de la chimie verte et de l'addition graduelle de complexité moléculaire. Au cours de cette thèse, la boucle itéative de l'amélioration continue a mené à deux reprises à un catalyseur très adapté au processus catalytique en question: d'une part l'halogènation d'aromatiques a été effectuée en phase liquide, il s'agit d'un procédé liquide-solide pour lequel le meilleur catalyseur résulte en une zéolithe béta (H-*BEA) avec une porosité hiérarchisée. Au contraire, la réaction de la conversion du méthanol en oléfines (MTO) une réaction gas-solide semble avoir comme catalyse uroptimal des zéolithes de type ZSM-5 sans porosité hierarchisée, mais ayant des tailles cristallines élevées, une qualité cristalline proche de la perfection (sans défauts) et une densité de sites acides très disperses. / This work revolved around the synthesis, characterisation and application of zeolites in heterogeneous catalysis. In some cases, counterintuitive observations and results needed a thorough rationalisation, which allowed a truly continuous improvement, or rational design of a catalyst for a given reaction. Zeolites are crystalline and microporous aluminosilicates, which are defined and differ one from another through their 3D arrangement of tetrahedra (SiO4 and AlO4).It has been aimed to design heterogeneous catalysts for reactions that fit in the concepts of a sustainable chemistry. Thus, this works describes and tried to respect the concepts of green chemistry and carbon upgrading. Remarkably, during this thesis the feedback looped continuous improvement approach has led twice to adapted catalysts for a catalytic chemical transformation: the liquid-solid continuous flow halogenation of aromatics was best performed with nanosized H-*BEA zeolites exhibiting a hierarchical porosity. In contrast, the gas-solid Methanol-to-Olefins (MTO) process needed an unusual catalyst. Indeed based on our study, large and perfectly crystalline H-ZSM-5 crystals with a disperse Brønsted acidity were the optimum catalyst.

Fossil based energy resources are dominating the world’s primary energy consumption for the last century. However, with decreasing crude oil reservoirs and the role they play in global warming by emitting greenhouse gases, the focus has been turned towards improved utilization of renewable resources and the need for new, sustainable fuels and chemicals is more urgent than ever. Biomass is a carbon neutral resource that can be used to produce biofuels and other useful chemicals. One such chemical is 1-butanol (or simply butanol), which has great potential as a gasoline substitute because of its favorable fuel properties. Butanol can be produced from acetone, butanol and ethanol (ABE) fermentation using e.g. Clostridium acetobutylicum. However, the concentration of butanol in fermentation in the resulting broth is limited to ca. 20 g/L due to its toxicity for microorganisms. Butyric acid is a precursor to butanol, which is produced prior to butanol in ABE fermentation. Butyric acid is an important industrial chemical, which can be further converted into a number of commercial compounds e.g. acetate butyrate, butyl acetate and butanol. Arginine is a semi-essential amino acid that has vast applications in the field of pharmaceutical and food industry. In addition, arginine can replace inorganic nitrogen as nitrogen source in fertilizers. It can be produced via fermentation of sugars using engineered microorganism like E. Coli, but like butanol its concentration is restricted to approximately 12 g/L. Due to low concentration of these useful chemicals in the resulting fermentation broths recovery of these chemicals remain challenging with today’s options and therefore  novel recovery process should be developed. In this study, zeolite adsorbents were used to recover butanol, butyric acid and arginine from model and real fermentation broths. Zeolite MFI adsorbent efficiently adsorbed butanol from model solutions with a saturation loading of 0.11 g/g- zeolite. On the other hand, adsorption of butyric acid was found to be strongly pH dependent, with high adsorption below and little adsorption above the pKa value of the acid. A structured adsorbent in the form of steel monolith coated with a silicalite-1 film was also used and performance was evaluated by performing breakthrough experiments at room temperature using model ABE fermentation broths and the results were compared with those obtained using traditional adsorbent sin the form of beads. Desorption studies showed that a high quality butanol product with purity up to 95.2% for butanol-water system and 88.5% for the ABE system can be recovered with the structured silicalite-1 adsorbent. Further, zeolite X adsorbents in the form of powder and extrudates was used to recover arginine from a real fermentation broth and also from aqueous model solutions. To the best of our knowledge, this is the first time recovery of arginine from real fermentation broths using any type of adsorbent is reported. Arginine loading of 0.15 g/g was observed at pH 11 using zeolite X powder. The selectivity for arginine over ammonia and alanine from the fermentation broth at pH 11 was 1.9 and 8.3, respectively, for powder and 1.0 and 4.1, respectively, for extrudates. Synthesis gas (CO + H2) can be produced e.g.by gasification of lignocellulose biomass. This synthesis gas can be used to produce methanol, which subsequently may be converted into gasoline using zeolite ZSM-5 catalyst. However, during Methanol to Gasoline (MTG) process, undesirable carbon residue (coke) is formed that gradually reduces the activity of catalyst. It was hypothesized that intracrystalline defects in the zeolite formed during conventional synthesis may accelerate the deactivation rate by coke formation. In this work, a novel ZSM-5 zeolite catalyst essentially free of intracrystalline defects was synthesized and evaluated in the  MTG reaction,. The novel catalyst showed significantly higher resistance towards deactivation by coke formation as compared to a reference catalyst containing defects.