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BIBLIOTECA DO INSTITUTO DE QUÍMICA
UNICAMP

 
TESE DE DOUTORADO
 
Autor: Mascarenhas, Artur José Santos
Título: Utilização dos Catalisadores Zeolíticos Fe-, Co- e Cu-MCM-22 na Decomposição dos Óxidos de Nitrogênio
Ano: 2004
Orientadora: Profa. Dra. Heloise de Oliveira Pastore
Departamento: Química Inorgânica
Palavras-chave: Zeólito MCM-22, Síntese hidrotérmica, Decomposição de N2O, Decomposição de NO
Resumo: O zeólito MCM-22 é um material relativamente novo, que apresenta em sua estrutura dois sistemas de canais independentes, ambos acessados por janelas de 10 tetraedros TO4 (T = Si ou AI): um dos sistemas de canais é formado por canais senoidais bidimensionais (4,0 x 5,9 A), semelhantes aos encontrados no zeólito ZSM-5; o outro sistema é formado pelo empilharnento de supercavidades (7,1 x 18,2 A). Como os catalisadores M-ZSM-5 são muito ativos no abatimento de N2O e NOx, esta semelhança sugere que o MCM-22 também seja um catalisador muito ativo. A síntese do zeólito MCM-22 foi estudada, visando a obtenção de materiais com razão molar SiO2/Al2O3 = 30, 50 e 80, em sínteses estáticas (não-agitadas) e dinâmicas (agitadas). A obtenção do MCM-22 por sínteses estáticas é possível nas três razões, mas nas razões molares SiO2/AI2O3 = 50 e 80, é imprescindível a diminuição da alcalinidade, visando evitar a formação de silicatos lamelares, tais como a magadiita e a queniaíta. Para sínteses dinâmicas, só foi possível obter o zeólito MCM-22 com razão molar SiO2/AIO3 = 30, usando-se aluminato de sódio como fonte de alumínio. Os materiais apresentam características fisico-químicas semelhantes, com pequenas variações devidas às diferentes razões molares SiO2/AI2O3, mas importantes variações na morfologia dos cristalitos. Materiais obtidos por síntese dinâmica foram trocados com Fe, Co ou Cu, apresentando alta atividade na decomposição de óxido nitroso (N2O). O catalisador mais ativo, Cu-MCM-22, foi investigado quanto ao efeito do grau de troca iônica, do tipo de pré-tratamento na decomposição dos contra-íons, da presença de O2 e H2O nos afluentes reacionais. O catalisador com 143% (Cu/AI = 0,72) de troca, tratado em O2, apresentou atividade e estabilidade hidrotérmica comparáveis às do Cu-ZSM-5. Os catalisadores Cu-MCM-22 também foram investigados na decomposição de óxido nítrico (NO) e comparados ao Cu-ZSM-5, mostrando-se mais ativo apenas em temperaturas inferiores a 623 K. O desempenho catalítico em ambas as reações foi correlacionado às espécies de cobre identificadas por TPR-H2, FTIR - CO e FTIR - NO. O mecanismo da decomposição de NO sobre Cu-MCM-22 parece ser diferente daqueles propostos para o zeólito Cu-ZSM-5.
Abstract: Zeolite MCM-22 is a relatively new material, whose peculiar structure consists of two independent channel systems, both accessed by 10-membered ring windows. One of the channel systems comprises bidimensional sinusoidal channels of 10MR, very similar to that found in ZSM-5 zeolite. The other system is composed of supercavities of 12MR, whose inner diameter and height are respectively of 7.1 and 18.2 A. The similarities between MCM-22 and ZSM-5 suggest that transition metal exchanged MCM- 22 should be very active in the N2O and NOx abatement. Synthesis of MCM-22 was studied, in view of obtaining materials with SiO2/Al2O3 = 30, 50 and 80, both in static and stirred crystallizations. Static conditions produce MCM-22 in the three reported SiO2/Al2O3 ratios, but the decrease of OH/SiO2 and Na/SiO2 ratios is necessary to produce the samples with SiO2/Al2O3 = 50 and 80, thus avoiding lhe formation of lamellar silicates, like magadiite and kenyaite. For stirred conditions, MCM-22 can be obtained only for SiO2/Al2O3 = 30, when sodium aluminate is used as aluminum source. These materiais have shown similar physical-chemistry characteristics, with small variations due to the different SiO2/Al2O3 ratios, but very different crystallite morphology depending on the crystallization conditions. Stirred materiaIs were cation exchanged with Fe, Co ou Cu, presenting high activities in nitrous oxide decomposition. The most active catalyst, Cu-MCM-22, was further investigated to determine the effects of cation exchange levels, type of pretreatment used to eliminate counterions, presence of oxygen and water vapor during the catalytic reaction. Cu-MCM-22 with 143% cation exchange level, pretreated in oxygen, has shown activity and hydrothermal stability comparable to those presented by over -exchanged Cu-ZSM-5 catalysts. Cu-MCM-22 were also tested in the nitric oxide decomposition and compared to Cu-ZSM-5, showing higher activities only at temperatures below 623 K. The catalytic behaviour, in both reactions, were correlated to the copper species identified by TPR-H2, FTIR - CO and FTIR - NO. The mechanism of nitric oxide decomposition over Cu- MCM-22 catalysts seems to be different of those proposed to Cu-ZSM-5 catalysts.
Arquivo (Texto Completo): vtls000317474.pdf ( tamanho: 18,2MB )

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