Síntese e caracterização de Zeólita NaX com porosidade hierárquica para armazenamento térmico de energia via dessorção de água
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Data
Orientador
Coorientador
Pós-graduação
Curso de graduação
Rosana - FEC - Engenharia de Energia
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Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Tipo
Trabalho de conclusão de curso
Direito de acesso
Acesso aberto
Resumo
Resumo (português)
As mudanças climáticas e a necessidade de redução das emissões de gases de efeito estufa têm impulsionado o desenvolvimento de tecnologias voltadas para a transição energética e a ampliação do uso de fontes renováveis. Nesse contexto, a energia solar destaca-se como uma alternativa promissora devido ao seu baixo impacto ambiental e à elevada disponibilidade, embora sua natureza intermitente exija sistemas eficientes de armazenamento de energia. Entre as tecnologias disponíveis, o armazenamento térmico por adsorção utilizando zeólitas apresenta elevado potencial devido à alta densidade energética, à baixa perda térmica e à possibilidade de uso da água como adsorbato. Este trabalho teve como objetivo sintetizar e avaliar zeólitas hierárquicas do tipo NaX para aplicação em armazenamento térmico por adsorção, obtidas por síntese hidrotérmica utilizando o surfactante organossilano TPOAC como molde mole para a formação de mesoporos. As amostras foram caracterizadas por difração de raios X (DRX), fisissorção de N₂ e termogravimetria. Os difratogramas confirmaram a formação da estrutura zeolítica FAU em ambas as amostras, observando-se menor intensidade dos picos de difração na amostra sintetizada com TPOAC (Micro-meso), associada à redução do tamanho dos cristalitos. A fisissorção de N₂ evidenciou a formação de mesoporos com diâmetro modal de 4,8 nm na amostra Micro-meso, que apresentou volume de mesoporos de 0,09 cm³.g⁻¹ e volume de microporos de 0,17 cm³.g⁻¹, frente a 0,22 cm³.g⁻¹ observado na amostra exclusivamente microporosa (Micro), confirmando a geração de porosidade hierárquica sem perda drástica da microporosidade original. A termogravimetria mostrou que a amostra Micro apresentou maior capacidade total de retenção de água (22,6%) em comparação à amostra Micro-meso (18,1%), além de temperatura de máxima dessorção mais elevada (137,3 °C contra 132,6 °C), indicando menor esforço térmico necessário para a carga do sistema hierárquico. Já os ensaios cinéticos a 40 °C mostraram que, apesar da menor capacidade total, a amostra Micro-meso dessorveu maior quantidade de água e com maior velocidade do que a amostra Micro, confirmando que a porosidade hierárquica favorece o transporte difusivo das moléculas de água. Os resultados evidenciam que a introdução de mesoporos via TPOAC melhora a cinética de dessorção em baixa temperatura, destacando o potencial das zeólitas hierárquicas para aplicações em armazenamento térmico de energia associado ao aproveitamento da energia solar.
Resumo (inglês)
Climate change and the need to reduce greenhouse gas emissions have driven the development of technologies focused on the energy transition and the expansion of renewable energy sources. In this context, solar energy stands out as a promising alternative due to its low environmental impact and high availability, although its intermittent nature demands efficient energy storage systems. Among the available technologies, adsorption thermal energy storage using zeolites shows high potential due to its high energy density, low thermal loss, and the feasibility of using water as an adsorbate. This study aimed to synthesize and evaluate hierarchical NaX-type zeolites for adsorption thermal storage applications, obtained through hydrothermal synthesis using the organosilane surfactant TPOAC as a soft template for mesopore formation. The samples ere characterized by X-ray diffraction (XRD), N₂ physisorption, and thermogravimetry. The diffractograms confirmed the formation of the FAU zeolitic structure in both samples, with lower diffraction peak intensity observed in the TPOAC- ynthesized sample (Micro-meso), associated with a reduction in crystallite size. N₂ physisorption revealed the formation of mesopores with a modal diameter of 4.8 nm in the Micro-meso sample, which showed a mesopore volume of 0.09 cm³.g⁻¹ and a micropore volume of 0.17 cm³.g⁻¹, compared to 0.22 cm³.g⁻¹ observed in the purely microporous sample (Micro), confirming the generation of hierarchical porosity without drastically compromising the original microporosity. Thermogravimetry showed that the Micro sample had a higher total water retention capacity (22.6%) compared to the Micro-meso sample (18.1%), as well as a higher maximum desorption temperature (137.3 °C versus 132.6 °C), indicating a lower thermal effort required for charging the hierarchical system. Kinetic tests at 40 °C showed that, despite its lower total capacity, the Micro-meso sample desorbed a greater amount of water and at a higher rate than the Micro sample, confirming that hierarchical porosity favors the diffusive transport of water molecules. The results indicate that the introduction of mesopores via TPOAC improves low-temperature desorption kinetics, highlighting the potential of hierarchical zeolites for thermal energy storage applications associated with solar energy harvesting.
Descrição
Palavras-chave
Adsorção , Cinética , Hidrofilicidade , Porosidade , Adsorption , Kinetics , Hydrophilicity , Porosity
Idioma
Português
