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http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/24977| Tipo do documento: | Dissertação |
| Título: | Oligomerização de 1-buteno catalisada por zeólitas ZSM-5 |
| Autor: | Cavalieri, Daiane Oliveira de Santana ![]() |
| Primeiro orientador: | Henriques, Cristiane Assumpção |
| Primeiro coorientador: | Sousa, Zilacleide da Silva Barros |
| Primeiro membro da banca: | Fernandes, Débora da Silva |
| Segundo membro da banca: | Zotin, Fátima Maria Zanon |
| Terceiro membro da banca: | Souza, Priscilla Magalhães de |
| Resumo: | A oligomerização de olefinas leves, como o 1-buteno, é uma rota promissora para a produção de combustíveis sintéticos de maior valor agregado. Esse processo contribui para o aproveitamento eficiente de subprodutos da indústria petroquímica e pode viabilizar a obtenção de combustíveis sustentáveis, alinhados à transição energética. Dentre os catalisadores mais estudados na oligomerização de olefinas, destacam-se as zeólitas com topologia MFI, devido às suas propriedades ácidas e texturais, que podem ser modificadas pós-síntese. Neste trabalho, investigou-se o efeito da modificação da zeólita ZSM-5 sobre o desempenho catalítico na reação de oligomerização de 1-buteno sob pressão atmosférica. Foram abordadas duas estratégias de modificação das propriedades: impregnação com metais (La, W e Fe) e geração de mesoporos por dessilicação em meio alcalino, com subsequente pós-tratamento com ácido oxálico e troca iônica. As amostras obtidas foram caracterizadas por diferentes técnicas, incluindo FRX, DRX, adsorção de N₂, TPD de NH₃, DRIFTS de piridina adsorvida e MAS-NMR de ²⁷Al. A impregnação metálica alterou significativamente as propriedades ácido-texturais da ZSM-5. As amostras com W e Fe apresentaram sítios de Lewis e maior proporção de sítios ácidos fortes, favorecendo reações de craqueamento e isomerização. Já a La-ZSM-5, com predominância de sítios de Brønsted de força intermediária, mostrou melhor desempenho na formação de oligômeros C8 e C9+, mas apresentou desativação seletiva para estes oligômeros ao longo do tempo. As zeólitas dessilicadas, especialmente a D-ZSM-5-OX tratada com ácido oxálico, apresentaram maiores volumes de mesoporos e menor quantidade de espécies de alumínio extra-rede (ALER), favorecendo a acessibilidade aos sítios ativos e a seletividade para oligômeros maiores. Essa amostra demonstrou excelente desempenho catalítico e estabilidade por 23 horas de reação. O aumento da temperatura até 400 °C favoreceu a formação de oligômeros de maior massa molecular, superando limitações da operação sob pressão atmosférica. Os resultados evidenciam o potencial do uso de ZSM-5 modificadas, especialmente as dessilicadas e tratadas com ácido oxálico, como catalisadores eficientes e seletivos para a produção de combustíveis sintéticos a partir de 1-buteno. |
| Abstract: | The search for renewable raw materials to reduce dependence on oil and address environmental preservation concerns has been encouraged. This process enables the efficient utilization of petrochemical by-products and may contribute to the development of sustainable fuels aligned with the global energy transition. In this context, the oligomerization of light olefins emerges as a promising alternative for producing fuels free of aromatic and sulfur compounds. Among the most studied catalysts for olefin oligomerization, zeolites with MFI topology stand out due to their acid and textural properties, which can be adapted through post-synthesis modifications. In this work, the effect of ZSM-5 zeolite modification on catalytic performance in the oligomerization of 1-butene under atmospheric pressure was investigated. Two modification strategies were explored: metal impregnation (La, W, and Fe), and mesopore generation through alkaline desilication, followed by post-treatment with oxalic acid and ion exchange. The resulting samples were characterized by different techniques, including X-ray fluorescence (XRF), X-ray diffraction (XRD), nitrogen adsorption-desorption, ammonia temperature-programmed desorption (NH₃-TPD), diffuse reflectance infrared Fourier-transform spectroscopy with pyridine adsorption (DRIFTS), and ²⁷Al magic-angle spinning nuclear magnetic resonance (MAS-NMR). Metal impregnation significantly affected the acid and textural properties of ZSM-5. Samples modified with W and Fe exhibited Lewis acid sites and an increased proportion of strong acid sites, which promoted cracking and isomerization reactions. In contrast, La-ZSM-5, with a predominance of intermediate-strength Brønsted acid sites, showed improved performance in the formation of C8 and C9+ oligomers but experienced selective deactivation over time. The desilicated zeolites, particularly the D-ZSM-5-OX sample treated with oxalic acid, exhibited larger mesopore volumes and a reduced amount of extra-framework aluminum species (EFAL), enhancing accessibility to active sites and selectivity toward heavier oligomers. This sample demonstrated excellent catalytic performance and stability over 23 hours of reaction. An increase in reaction temperature up to 400 °C favored the formation of higher molecular weight oligomers, overcoming limitations associated with atmospheric pressure operation. The results highlight the potential of modified ZSM-5 zeolites, especially those subjected to selective desilication and oxalic acid treatment, as efficient and selective catalysts for the production of synthetic fuels from 1-butene. |
| Palavras-chave: | Zeólitas Catalisadores Oligomerização de 1-buteno ZSM-5 Modificação com metais Dessilicação Combustíveis sintéticos 1-butene oligomerization; metal modification; desilication; synthetic fuels. metal modification |
| Área(s) do CNPq: | ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE 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: | CAVALIERI, Daiane Oliveira de Santana. Oligomerização de 1-buteno catalisada por zeólitas ZSM-5. 2025. 131 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Instituto de Química, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2025. |
| Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
| URI: | http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/24977 |
| Data de defesa: | 17-Jul-2025 |
| Aparece nas coleções: | Mestrado em Engenharia Química |
Arquivos associados a este item:
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| CRN - Daiane Oliveira de Santana Cavalieri - 2025.pdf | 302,56 kB | Adobe PDF | Baixar/Abrir Pré-Visualizar Solictar uma cópia | |
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| Dissertação - Daiane Oliveira de Santana Cavalieri - Completa - 2025.pdf | 2,17 MB | Adobe PDF | Baixar/Abrir Pré-Visualizar |
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