Estudo da potencialidade de materiais à base de carbono como catalisadores bifuncionais para reações de hidroisomerização

Abstract

Na presente tese foram preparados catalisadores bifuncionais, tendo por base materiais de carbono, carbonizados ácidos (acid char) e carvões ativados obtidos a partir de hidrocarbonizados (hydrochar), para a reação de hidroisomerização de n-alcanos lineares de cadeia longa. Foi usado o n-decano como molécula modelo e o objetivo da reação é a produção de alcanos mono-ramificados. Os carbonizados ácidos foram obtidos por tratamento com H2SO4 usando como percursores borras de café, maçaroca de milho e pó de cortiça. O carvão ativado foi preparado a partir do hidrocarbonizado obtido por tratamento hidrotérmico de uma mistura de sacarose e ácido acrílico, o qual foi ativado quimicamente com K2CO3. A introdução da função metálica de platina foi realizada usando duas técnicas distintas, impregnação com um sal de platina, [Pt(NH3)4]Cl2.H2O, seguido de redução sob atmosfera de H2, ou mistura mecânica com platina/alumina usando um moinho de bolas. Dado que os resultados de ensaios catalíticos preliminares demonstraram que a porosidade do suporte desempenha um papel fundamental no processo de hidroisomerização testaram-se dois carvões comercias com características texturais distintas, CP900 (microporoso) e NORIT SAE SUPER (microporoso + mesoporoso). Para permitir a introdução da função metálica por impregnação, estes materiais foram submetidos a um tratamento ácido. No caso da amostra NORIT SAE SUPER foi também preparada uma amostra introduzindo a função metálica por mistura mecânica usando o moinho de bolas. Os materiais foram caracterizados antes e após as reações catalíticas recorrendo a várias técnicas, nomeadamente, isotérmicas de N2 a baixa temperatura, pHPZC, determinação do número total de centros ácidos, densidade aparente, microscopia eletrónica de varrimento, microscopia eletrónica de transmissão, FTIR e termogravimetria. Em termos de resultados catalíticos, o maior valor de conversão obtido foi observado pelo catalisador CP21-Pt, tendo este um valor de 7,57% e em termos de seletividade os melhores resultados foram observados na utilização do catalisador NS21-Pt, tendo este um valor de aproximadamente 70% em produtos mono-ramificados.

In the presente thesis, bifunctional catalysts were prepared having as their base carbon rich materials, acid char and activated carbons prepared from hydrochars, for the reaction of hidroisomerization of linear long chain n-alcanes. n-Decane was used as a model molecule and the reaction objetive is the production of mono-branched alcanes. The acid chars were obtained by H2SO4 treatment using spent coffee grounds, corncob and cork dust powder as precursors. The activated carbons were prepared using a hydro char, obtained by hydrothermic treatment of a mixture of sucrose and acrilic acid, which was chemically ativated with K2CO3. The introduction of the metal function, platinum was done using two diferent technics, impregnation with a salt of platinum, [Pt(NH3)4]Cl2.H2O, followed with reduction under a H2 atmosphere or mechanic mixture with platinum/alumina using a ball mill. Given that the catalytic results demonstrated that porosity of the support plays a fundamental role in the hydroisomerization process, two commercial activated carbons with distinct texturual charactristics were tested, CP900 (micropores) and NORIT SAE SUPER (mainly mesopores). To allow the introduction of the metal function by impregnation, this materials were submitted to an acid treatment. In NORIT SAE SUPER case, the metal function was also introduced by mechanical mixture using the ball mill. The materials were characterized before and after the catalytic reactions using various techniques, namely, N2 adsorption isotherm at low temperatures, pHPZC, determination of total number of acid sites, apparent density, scanning electon microscopy, transmission electron microscopy, FTIR and thermogravimetric analysis. In terms of catalytic results, the highest value was observed when using the catalyst CP21-Pt, having a value of 7,57% and in terms of selectivity, the best results were observed when using the catalyst NS21-Pt, having the value of approximately 70% of mono-branched products.