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Type: TESE
Title: Síntese e caracterização de MCM-41 impregnada com bário e cromo e suas propriedades catalíticas para reações de convensão de etanol
Title Alternative: Synthesis and characterization of MCM-41 impregnated with barium and chromium and their catalytic properties for ethanol conversion reactions
Author: La Salvia, Nathália, 1985-
Advisor: Valença, Gustavo Paim, 1960-
Abstract: Resumo: Peneiras moleculares do tipo MCM-41 foram sintetizadas e impregnadas com 16% de bário e 1,4%; 2,9% e 5,6 % de cromo. As amostras foram então calcinadas e caracterizadas, e utilizadas na conversão catalítica de etanol. Esses materiais apresentaram áreas superficiais entre 400 a 1.200 m2 g-1. Os difratogramas de raios X mostraram que fases da MCM-41 foram obtidas. A introdução de Ba e Cr resultou em picos de DRX diferentes da MCM-41, sugerindo a formação de fases cristalinas diferentes dentro da peneira molecular. O aumento da quantidade do Cr (1,4; 2,9 e 5,6%) provoca um aumento na intensidade cristalina. Os testes catalíticos foram realizados em um reator de leito fixo, as temperaturas de reação utilizadas foram 600, 650, 700 e 750 K e as pressões de etanol de 5820, 4278, 3110 e 2220 Pa, a massa utilizada foi 30 mg, e o fluxo de etanol de 2×10-6 m3 s-1. Os produtos da reação identificados por um cromatógrafo a gás com uma coluna Porapak Q foram o eteno, etoxietano, acetaldeído, água e butadieno e suas concentrações foram calculadas com base na área do pico e os fatores de resposta térmicos. Os cálculos dos efeitos difusivos demonstraram que a transferência de massa externa para reações a 750 K podem ser limitantes da reação. Foram realizados também os cálculos da taxa de reação, da energia de ativação, fatores pré exponencial, constante da taxa e ordens de reação para todos os sólidos Os resultados obtidos a partir do estudo das energias das reações consideradas neste estudo mostram que a equação da taxa de reação não pode ser da forma r = KCn , ou seja, a expressão da taxa de reação possui uma forma mais complexa que deve considerar uma constante de adsorção do reagente na superfície. Cinco reações principais foram observadas, com formação de eteno, etoxietano, acetaldeído, hidrogênio e butadieno. A MCM-41 sem Ba e Cr catalisou a reação de desidratação de etanol, com eteno como produto principal em todas as temperaturas testadas nesse trabalho. A introdução de Ba resultou na formação de eteno e etoxietano como produtos de reação, com esse último em maiores proporções em temperaturas menores e o paulatino aumento da quantidade de eteno e diminuição da quantidade de etoxietano com o aumento da temperatura. A introdução de Cr nos poros da Ba/MCM-41 resultou na formação de acetaldeído e butadieno. O aumento da quantidade de Cr resultou em um aumento na quantidade de butadieno nos produtos de reação

Abstract: Molecular sieves of the MCM-41 type were synthesized and impregnated with 16% w/w Ba and three loads of Cr: 1.4%, 2.9% and 5.6%. The solids were then calcined, characterized and tested as catalysts for the conversion of ethanol. The surface areas of the solids varied between 400 and 1200 m2 g-1. The X ray diffraction patterns show MCM-41 phases in all solids. The introduction of Ba and Cr resulted in different XRD peaks in addition to the MCM-41 peaks, suggesting the formation of different crystal phases inside the molecular sieve. The increase in the amount of Cr in the solids resulted in more crystalline phases (more intense peaks). The catalytic test reaction of ethanol was carried out in a fixed bed microreactor under differential conditions at 600, 650, 700 and 750 K and at 5820, 4278, 3110 e 2220 Pa of ethanol partial pressure. The mass of catalyst used in all tests was ca. 30 mg and the volumetric flow of ethanol saturated N2 was 2×10-6 m3 s-1. The reaction products were sent to a gas chromatograph with a Porapak column where they were separated. Ethene, diethyl ether, acetaldehyde, water and butadiene were identified and their concentrations calculated based on peak area and thermal response factors. The mass balance of all compounds was calculated for all reactions as well as the extent of reaction for all reactions for every pressure and temperature used in this work. The criteria for diffusion limitations were used in all cases. Calculations based on the experimental data suggest that data at 750 K may be diffusion-limited. Reaction rate, activation energy and pre exponential factor were calculated for all reactions. Five reactions were observed in this work, namely, the dehydration of ethanol into ethene and into diethyl ether, the dehydrogenation of ethanol into acetaldehyde, the condensation of ethanol and acetaldehyde into butadiene and the dehydration of diethyl ether into ethene. When MCM-41 with no Ba or Cr was used as a catalyst, only ethene, water and diethyl ether were observed as reaction products, with ethene as the main products for the entire range of temperatures and pressures used in this work. The introduction of Ba resulted also in the formation of ethene, water and diethyl ether, but with the latter being formed in larger amounts at lower temperatures and the former at higher temperatures. The introduction of Cr in the pores of Ba/MCM-41 resulted in the formation of acetaldehyde and butadiene. The increase in the amount of Cr resulted in an increase in the amount of butadiene
Subject: Catálise
Etanol
Combustíveis
Peneira molecular de carbono
MCM-41
Language: Português
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2010
Appears in Collections:FEQ - Dissertação e Tese

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