Síntese e caracterização de novos materiais para captura e utilização de CO2

Abstract

O uso das tecnologias que envolvem a captura, armazenamento e utilização de CO2, são apontadas como fundamentais para diminuir as concentrações do CO2 na atmosfera. Entretanto, alguns desafios ainda precisam ser vencidos para o uso eficiente destas tecnologias, como por exemplo o desenvolvimento de novos materiais que envolvam baixo custo de produção e gasto energético, recicláveis e eficientes, para serem aplicados na etapa de captura/separação de CO2 e como catalisadores heterogêneos eficientes na transformação química do CO2. Neste contexto, o presente trabalho traz a síntese e caracterização de xerogéis de sílica e de partículas minerais sílico-metálicas sintéticas (SSMMP), puras e enxertadas com LIs, aplicadas como adsorventes na captura e separação de CO2 e como catalisadores heterogêneos nas reações de conversão de CO2 em carbonatos cíclicos. Os materiais sintetizados foram caracterizados por DRX, TGA, IV, RAMAN, BET, MEV e RMN. A seletividade dos sorventes sólidos e a seletividade das reações de ciclo adição foram analisadas por CG. Dos materiais sintetizados neste trabalho as amostras SSMMP M1 (2,07 mmolCO2/gads) e SSMMP-Ni50%-AMO Br (1,63 mmolCO2/gads), apresentaram maior capacidade de sorção de CO2 e as amostras SSMMP- 5%Im(nBu)-I (16,9) e SSMMP-Ni 50%-IMI Br (14,4) as melhores capacidade seletividade para o CO2 em misturas de CO2/N2. Como catalisadores heterogêneos, os melhores rendimentos de carbonato cíclicos foram observados para as amostras SX- EMIM MSO3 4 e SSMMP Ni 50% com rendimentos de carbonato de propileno de 91,4% e 90,4%, respectivamente. Para ambas as aplicações, as amostras apresentam excelente capacidade de reciclabilidade, sem perda de atividade catalítica e capacidade de sorção de CO2 por até 10 reciclos consecutivos.

The use of technologies that involve the CO2 capture, storage and utilization, is pointed out as fundamental to reduce the concentrations of CO2 in the atmosphere. However, some challenges still need to be overcome for the efficient use of these technologies, such as the development of new materials that involve low production cost and energy expenditure, are recyclable and efficient in the CO2 capture/separation step as well as heterogeneous catalysts in the chemical transformation of CO2. In this context, the present work brings the synthesis and characterization of silica xerogels and synthetic silica-metallic mineral particles (SSMMP), pristine and grafted with ILs. These new materials were tested as adsorbents in the CO2 capture and separation and as heterogeneous catalysts in the reactions of CO2 conversion into cyclic carbonates. The synthesized materials were characterized by XRD, TGA, FTIR, RAMAN, BET, SEM and NMR. The selectivity of solid sorbents and the selectivity of the cycloaddition reactions were analyzed by GC. SSMMP-M1 (2,07 mmolCO2/gads) and SSMMP-Ni50%- AMO Br (1,63 mmolCO2/gads), presented higher CO2 sorption capacity and SSMMP 5%Im(nBu)-I (16,9) and SSMMP-Ni 50%-IMI Br (14,4) the best selectivity capacity for CO2 in CO2/N2 mixtures. As heterogeneous catalysts, the best yields of cyclic carbonate were observed for samples SX-EMIM MSO3 4 and SSMMP-Ni 50% with yields of propylene carbonate of 91.4% and 90.4%, respectively. For both applications, the samples have excellent recyclability, without loss of catalytic activity and CO2 sorption for up to 10 consecutive recycles.