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Tipo do documento: Dissertação
Título: Estudo cinético da abstração do hidrogênio do acetato de metila
Título(s) alternativo(s): Kinetic study of hydrogen abstraction from methyl acetate
Autor: Pereira, Leandro da Silva 
Primeiro orientador: Baptista, Leonardo
Primeiro membro da banca: Cruz, Maurício Tavares de Macedo
Segundo membro da banca: Bauerfeldt, Glauco Favilla
Terceiro membro da banca: Rocha, Alexandre Braga da
Resumo: A necessidade em diminuir as emissões de poluentes causados pela queima de combustíveis fósseis, levou a busca por alternativas para diminuir a dependência dos combustíveis de petróleo e reduzir as emissões de poluentes. O biodiesel é visto como um combustível capaz de diminuir o consumo do diesel de petróleo, tanto é que desde o ano de 2008 é adicionado uma fração do biodiesel no diesel de petróleo comercializado nos postos de gasolina e essa fração vem aumentando com o passar do tempo. Devido às vantagens que o biodiesel oferece e sua complexidade, um estudo teórico relacionado ao processo de ignição e combustão se mostram necessários. No entanto, um estudo teórico das reações de ignição do ésteres de ácidos graxos é computacionalmente inviável. Por este motivo, estudar a combustão de pequenas moléculas de ésteres metílicos, como por exemplo, o etanoato de metila (EM) pode ser de grande importância para o entendimento do processo de ignição de ésteres superiores. A combustão é fortemente afetada pelo atraso de ignição, que se inicia pela abstração de um hidrogênio do combustível, seguido de outras reações envolvendo radicais livres, e sua descrição detalhada pode auxiliar no desenvolvimento de modelos cinéticos melhorados para combustão do biodiesel. Com este objetivo, foram feitos cálculos utilizando a teoria do funcional da densidade (DFT) e teoria do estado de transição para obtenção dos parâmetros termodinâmicos e cinéticas que regem a abstração de hidrogênio do EM por radicais O, OH, HO2, H e a molécula de O2. Foram utilizados os funcionais B3LYP-D3 e M06-2X com os conjuntos de base cc-pVDZ, cc-pVTZ, aug-cc-pVDZ e aug-cc-pVTZ para avaliação do efeito da metodologia no cálculo de parâmetros termodinâmicos e cinéticos. Posteriormente, foram feitos cálculos single-point em nível CCSD(T)/cc-pVTZ considerando os parâmetros geométricos obtidos em nível M06-2X/aug-cc-pVTZ e recalculados os coeficientes de velocidade no intervalo de 250-3500K considerando as frequências vibracionais calculadas em DFT. Correções de tunelamento, rotor impedido das metilas e efeitos de anarmonicidade também foram incluídos nos cálculos dos coeficientes de velocidade. Os resultados a 298K e as equações de Arrhenius obtidas mostram que o funcional B3LYP-D3 superestima consistentemente os parâmetros cinéticos em relação ao funcional M06-2X. A análise da metodologia apontou que a escolha do funcional tem maior efeito nos resultados do que a escolha da base e que bases do tipo double-zeta não são suficientes para cálculo de coeficientes de velocidade precisos. A inclusão do efeito da anarmonicidade se mostrou importante para o calculo de k(T) em todo intervalo de temperatura, sendo este responsável pela diminuição dos coeficientes calculados.
Abstract: The need to lower the pollutant emissions from fossil fuel burning motivated the search for alternative fuels to solve this problem and lower our dependency on fossil fuels. Biodiesel is seen as an excellent candidate to replace Diesel oil, and since 2008 a biodiesel fraction is added to the petrol Diesel. The tendency is to raise the biodiesel ratio in the Diesel continuously. Due to the advantages of biodiesel and its complexity, theoretical studies about its ignition seem to be relevant. However, a computational study of fatty acid esters ignition is inviable.For this reason, the study of small methyl esters, like methyl ethanoate can help gain insights into biodiesel ignition and improve the known combustion models. The ignition delay affects the combustion quality related to the fuel ignition. This process occurs by hydrogen abstraction from the fuel, followed by reactions involving free radicals. A detailed description of such reactions is important to improve combustion kinetic models. The present study uses DFT methods and Transition State Theory to investigate the hydrogen abstraction reactions on methyl ethanoate by O, OH, HO2, H radicals, and O2 molecule. The chosen functionals were B3LYP-D3 and M06-2X with cc-pVDZ, cc-pVTZ, aug-cc-pVDZ, and aug-cc-pVTZ to conduct a methodologic evaluation. Further, single-point calculations at CCSD(T)/cc-pVTZ method were conducted considering the geometries optimized at M06-2X/aug-cc-pVTZ level and the kinetic parameters calculated at 250-3500 K, assuming the frequencies obtained at the DFT level. Tunneling hindered rotations, and anharmonic corrections were also included in k(T) calculations. The analysis of the results at 298K and the Arrhenius curves shows that the B3LYP-D3 method overestimates the calculated rate coefficients compared to the M06-2X functional. The evaluation of the level of theory indicated the functional choice is more important than the basis set and double-zeta basis sets are insufficient to calculate precise rate coefficients. The inclusion of vibrational anharmonicity seems necessary for k(T) calculation since this effect significantly lowers the calculated coefficients.
Palavras-chave: Combustion
Methyl Esters
Biodiesel
Combustíveis fósseis
Combustão
Ésteres Metílicos
DFT
Área(s) do CNPq: CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::FISICO-QUIMICA::QUIMICA TEORICA
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 Química
Citação: PEREIRA, Leandro da Silva. Estudo cinético da abstração do hidrogênio do acetato de metila. 2022. 87 f. Dissertação (Mestrado em Química) - Faculdade de Química, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2022.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/18839
Data de defesa: 24-Fev-2022
Aparece nas coleções:Mestrado em Química

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