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Tipo do documento: Tese
Título: Estudo do comportamento de catalisadores de CeO2 nas reações de transformação do etanol
Título(s) alternativo(s): Behavior CeO2 catalysts study on ethanol transformation reactions
Autor: Araujo, Adriana Fernandes Felix de Lima 
Primeiro orientador: Zotin, Fatima Maria Zanon
Segundo orientador: Appel, Lucia Gorenstin
Primeiro membro da banca: Santos, Luz Amparo Palacio
Segundo membro da banca: Rodrigues, Clarissa Perdomo
Terceiro membro da banca: Zonetti, Priscila da Costa
Quarto membro da banca: Souza, Katia Regina de
Quinto membro da banca: Simões, Rita de Cássia Colman
Resumo: No Capítulo 1 são apresentados os resultados da síntese de catalisadores nanoestruturados à base de CeO2, empregando o método hidrotérmico, usando dois precursores diferentes de Ce e Ag como dopante. Os catalisadores nanoestruturados foram caracterizados através das técnicas de HRTEM, EPR, TPR, UV-vis, dentre outras. O objetivo é descrever o papel das vacâncias de O no mecanismo da reação de síntese de acetona a partir do etanol, a fim de apoiar o mecanismo MvK como uma das etapas desta síntese. A síntese de acetona pode ser descrita resumidamente da seguinte forma: primeiro, o acetaldeído é gerado pela desidrogenação oxidativa do etanol; então, esse aldeído reage formando espécies acetato; essas espécies carboxiladas condensam e geram acetona; finalmente, água se dissocia nas vacâncias e reoxida o óxido. A abstração de O da rede de óxidos é a etapa mais lenta da síntese de acetona do acetaldeído, que é a etapa mais lenta da síntese de acetona a partir do etanol. Quanto mais fácil a geração de vacâncias, maior a taxa de síntese de acetona. Esse resultado está alinhado com o mecanismo MvK. Considerando o comportamento catalítico dos catalisadores nanoestruturados, pode-se propor que a etapa mais lenta da síntese de acetona a partir do etanol exibe uma característica redox. No Capítulo 2, são mostrados os catalisadores de CeO2 sintetizados pelo método de precipitação convencional. Três diferentes metais nobres foram impregnados em pequenas porcentagens, a fim de verificar o efeito da dopagem destes metais nas propriedades redox da CeO2 e confirmar o mecanismo de reação de síntese de acetona a partir do etanol. Estes catalisadores foram caracterizados por TPR, UV-vis, TPD-etanol, TPD-CO, entre outras técnicas, e a Pt foi o promotor mais promissor para a síntese da acetona. A partir do resultado das caracterizações verificou-se que os catalisadores apresentaram duas espécies de Pt. Uma muito dispersa, para os catalisadores com menor porcentagem de metal impregnada (de 0,005% até 0,02%), onde o comportamento destes catalisadores é similar aos óxidos, mas muito mais ativo. A outra espécie, com porcentagem mais alta (0,2%), deve provavelmente conter partículas de PtO ou Pt0. O catalisador com 0,2% de Pt impregnada apresenta propriedades metálicas. Com isso, o TPD-etanol e o teste catalítico mostraram que estas espécies seguem mecanismos diferentes para a reação de síntese de acetona. A menor porcentagem de metal segue o mecanismo MvK e a maior porcentagem segue o mecanismo de condensação de espécies acetil.
Abstract: In Chapter 1, the synthesis results of nanostructured CeO2 based catalysts employing the hydrothermal method are shown, using two different Ce precursors and Ag as a dopant. The nanostructured catalysts were characterized by HRTEM, EPR, TPR, UV-vis, among others. The aim is to describe the role of O vacancies in the mechanism in acetone synthesis from ethanol, in order to support the MvK mechanism as one of the steps of this synthesis. In short, the acetone synthesis can be described as following: firstly, acetaldehyde is generated by ethanol oxidative dehydrogenation; then, this aldehyde reacts with the O of the oxide lattice forming acetate species; next, these carboxylate species condense generating acetone; finally, water dissociates on the vacancies and reoxidizes the catalyst. The O abstraction from the oxide lattice is slowest step of the acetone synthesis from acetaldehyde, which is the slowest step of the acetone synthesis from ethanol. The easier the vacancy generation, the higher the rate of the acetone synthesis is. This result is in line with the MvK mechanism. Considering the catalytic behavior of the nanostructured catalysts it can be proposed that the slowest step of the acetone synthesis from ethanol exhibits a redox characteristic. In Chapter 2, CeO2 catalysts synthesized employing conventional precipitation method are shown. Three different noble metals were impregnated in small percentages in order to verify the effect of the doping of these metals on the redox properties of CeO2 and to confirm the reaction mechanism for the acetone synthesis from ethanol. These catalysts were characterized by TPR, UV-vis, TPD-ethanol, TPD-CO, among other techniques. Pt was the most promising promoter for the acetone synthesis. From the characterizations results it was found that the catalysts show two Pt species. One very dispersed, for the catalysts with the low metal concentrations (from 0,005 % to 0.02%). The behavior of these catalysts is similar to the oxides, but much more active. The other specie, related to the highest metal percentage (0,2%) might contain probably PtO or Pt0 particles. The 0,2% impregnated Pt catalyst has metallic properties. The TPD-ethanol and the catalytic tests showed that these species follow different mechanisms for the acetone synthesis reaction. The lowest percentage of metal follows the MvK mechanism whereas highest percentage the acetyl species condensation mechanism.
Palavras-chave: Ceria
Ethanol
Acetone
Nanocatalyst
Oxygen vacancy
Céria
Etanol
Acetona
Nanocatalisadores
Vacância de oxigênio.
Catalisadores
Área(s) do CNPq: ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Sigla da instituição: UERJ
Departamento: Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto de Química
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
Citação: ARAUJO, Adriana Fernandes Felix de Lima. Estudo do comportamento de catalisadores de CeO2 nas reações de transformação do etanol. 2021. 117 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Faculdade de Química, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2021 .
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/16745
Data de defesa: 26-Ago-2021
Aparece nas coleções:Doutorado em Engenharia Química

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