Evolução de intermediários ativos na reação MTO com chabazita

Abstract

A conversão catalítica do metanol em olefinas leves representa um avanço significativo, principalmente na produção de eteno e propeno por rotas alternativas, reduzindo assim a dependência das rotas tradicionais que são baseadas no petróleo. Contudo, apesar dos avanços tecnológicos e científicos, essa reação ainda apresenta alguns desafios, como por exemplo, uma melhor compreensão a respeito de como espécies de materiais carbonáceos (coque) evoluem de espécies classificadas como espectadoras (responsáveis pela desativação do material) para espécies ativas (responsáveis pelo início da piscina de hidrocarbonetos e conseguinte formação dos produtos de interesse). E como o entendimento desse mecanismo aliado a engenharia dos catalisadores podem resultar em materiais mais seletivos e duradouros. Assim, esse estudo apresenta o desenvolvimento de um trabalho sistemático que compreende o acompanhamento da evolução das espécies de coque em função da temperatura reacional e como a estrutura cristalina do catalisador influencia nos resultados obtidos. Para isso, uma zeólita de topologia CHA foi sintetizada e aplicada na conversão do metanol. Outro aspecto apresentado no trabalho são modificações na estrutura zeolítica. A primeira modificação realizada consistiu na síntese de um sistema de poros hierárquicos, ou seja, microporos e mesoporos interligados. A criação desse novo sistema de poros foi responsável pela sobrevida do catalisador. Já a segunda modificação, que consistiu na impregnação de espécies aromáticas nos microporos da zeólita, foi responsável por aumentar a seletividade as olefinas leves e manter o catalisador ativo por mais tempo. A atmosfera de reação também foi variada e revelou que a utilização do CO2 também é capaz de alterar tanto a seletividade quanto ao tempo de vida desses materiais.

The catalytic conversion of methanol into light olefins represents a significant advance, especially in the production of ethylene and propene by alternative routes, thus reducing dependence on traditional oil-based routes. However, despite the technological and scientific advances, this reaction still presents some challenges, such as a better understanding of how species of carbonaceous materials (coke) evolve from species classified as spectators (responsible for deactivating the material) to active species (responsible for initiating the hydrocarbon pool and consequently forming the products of interest). And how understanding this mechanism combined with catalyst engineering can result in more selective and durable materials. Thus, this study presents the development of systematic work that includes monitoring the evolution of coke species as a function of reaction temperature and how the crystalline structure of the catalyst influences the results obtained. To this end, a CHA topology zeolite was synthesized and applied to methanol conversion. Another aspect presented in the work is modifications to the zeolitic structure. The first modification was the synthesis of a hierarchical pore system, i.e., interconnected micropores and mesopores. The creation of this new pore system was responsible for the catalyst's survival. The second modification, which consisted of impregnating aromatic species in the micropores of the zeolite, was responsible for increasing the selectivity for light olefins and keeping the catalyst active for longer. The reaction atmosphere was also varied and revealed that the use of CO2 is also capable of altering both the selectivity and the lifespan of these materials.