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Previous issue date: 2016-05-31 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Ethanol has been largely studied in the past few decades as a substitute to fossil fuels
in the synthesis of a large variety of chemicals. 1,3-Butadiene, one of these compounds, is an important chemical intermediate and also a monomer for some polymers such as synthetic rubbers. It is mainly produced as a by-product from naphtha steam cracking, which has ethylene as the major product. As crude oil prices have been fluctuating in the latest years and with the discovery of shale gas in the US, a promising source for ethylene, there is an urgency for developing alternative routes to produce 1,3-Butadiene. Several studies have been carried since the 1940s trying to create viable processes and using many different catalysts, indicating MgO/SiO2 - with or without the addition of transition metals - as being the most promising one. However, there is still a lot of missing information on how does the interaction between
silica and magnesia affect the yields and selectivity. In the present work it was studied how the morphology of the MgO affects the interaction with the SiO2 to generate active sites. The MgO with different morfologies were synthesized and then wet-kneaded with SiO2 to provide catalysts with different MgO/SiO2 ratio. The samples were calcined and catalytic tests were carried out. X-Ray Diffraction, Temperature Programmed Desorption of CO2 and Scanning Electron Microscopy were also performed on the catalysts. The obtained micrographs for the oxides confirmed the successful preparation of different morphologies, and the results for catalytic tests showed that there is some influence from the morphology over conversion and
selectivity of SiO2/MgO. For the MgO morphologies at the temperature of 425 oC, ethanol conversions between 11.7% and 21.9% were obtained for different samples, with selectivities for butadiene between 5.6% and 30.4%. For SiO2/MgO catalysts, in the same temperature, different yields were obtained for distinct morphologies and Mg:Si ratios. For 3:1 catalysts, yields between 21.5% and 34.3% were observed, while for 7:1 catalysts the yields vary from 18.5% to 35.4%. Catalytic properties could not be clearly correlated to the TPD-CO2 and specific surface area, indicating that they are dependant on a complex set of factors, among them the accessibility of the surface for the SiO 2 contact. Variation of the silica content for all morphologies showed that the SiO2/MgO ratio is extremely important for the preparation of active and selective catalysts for the production of 1,3-butadiene. / O etanol vem sendo largamente estudado, recentemente, como um substituto aos
combustíveis fósseis na síntese de diversos produtos industriais. O 1,3-Butadieno (BD), um
destes compostos, é um importante intermediário químico e monômero para alguns polímeros
e borrachas sintéticas. BD atualmente é produzido principalmente como um subproduto do
craqueamento a vapor do nafta, que tem o etileno como principal produto. Flutuações no
preço do petróleo e a descoberta de grandes reservas de shale gas nos Estados Unidos fazem
com que haja uma necessidade de busca de rotas alternativas para a produção do BD. Muitos
estudos vêm sendo realizados desde os anos 1940, utilizando diferentes catalisadores,
indicando o MgO/SiO2 - com ou sem a adição de metais de transição - como o mais
promissor. No entanto, ainda falta informação sobre a forma como a interação entre a sílica e
a magnésia afeta os resultados da reação. No presente trabalho foi verificada a influência que
a morfologia do MgO tem sobre a interação com SiO2 para formação de sítios ativos. As
amostras de MgO com diferentes morfologias foram sintetizadas e, então, adicionadas de
sílica para gerar os catalisadores com diferentes razões MgO/SiO2. Após calcinação, testes
reacionais foram realizados. As amostras de MgO e SiO2 /MgO foram caracterizadas por
Difração de Raios-X, Dessorção a Temperatura Programada de CO 2 (TPD-CO2) e
Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). As imagens de MEV dos óxidos permitiram
confirmar a síntese das diferentes morfologias de MgO, e resultados para testes de atividade
catalítica mostram uma influência da morfologia na atividade e seletividade do SiO2/MgO.
Para os MgO, em uma temperatura de 425 oC, foram obtidas conversões entre 11.7% e 21.9%
para diferentes morfologias, com seletividades para BD entre 5.6% e 30.4%. Para os
catalisadores SiO2/MgO, na mesma temperatura, foram obtidos rendimentos variáveis com a
morfologia e com o teor Mg:Si. Para os catalisadores 3:1, foram observados rendimentos
entre 21.5% e 34.3%, enquanto que para os catalisadores 7:1 puderam ser observados
rendimentos variando entre 18.5% e 35.4%. As propriedades catalíticas não puderam ser
claramente correlacionadas com os dados de TPD-CO2 e área superficial específica,
evidenciando que estas são dependentes de um complexo conjunto de fatores, dentre eles a
acessibilidade da superfície para o contato com o SiO2 . A variação do teor de sílica mostra
que a razão SiO 2/MgO é extremamente importante para obtenção de catalisadores ativos e
seletivos para formação do 1,3-butadieno.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/8013 |
| Date | 31 May 2016 |
| Creators | Souza, André Machado Ribeiro de |
| Contributors | Bueno, José Maria Corrêa |
| Publisher | Universidade Federal de São Carlos, Câmpus São Carlos, Programa de Pós-graduação em Engenharia Química, UFSCar |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSCAR, instname:Universidade Federal de São Carlos, instacron:UFSCAR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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