Estudo da adsorção de tiofeno e propanotiol em zeólitas MY (M=H+, Na+, Ag+, Cu+ e Zn2+) com métodos híbridos de química computacional

Abstract

A adsorção de compostos organossulfurados está se tornando um processo importante na remoção de enxofre de combustíveis derivados de petróleo. Neste contexto, realizamos modelagem molecular com método de química computacional da adsorção de compostos orgânicos sulfurados alifáticos (propanotiol) e aromáticos (tiofeno) em zeólita Y com os cátions de compensação de carga H+, Na+, Ag+, Cu+ e Zn2+. As estruturas e as energias de adsorção foram obtidas com cálculos de química quântica empregando o método ONIOM com três (PBE1PBE:HF:UFF=QEQ) e duas (PBE1PBE:UFF=QEQ) camadas, respectivamente, para simular a contribuição do ambiente químico da estrutura cristalina com um modelo extenso contendo 1473 átomos, denominado, Z40-nT, com n = 3, 5, 6, 7 e 12 sendo o número de tetraedros SiO4 e AlO4 utilizados nas vizinhanças da adsorção. Constatou-se que as estruturas obtidas possuem boa concordância entre si e que fornecem os modos de interação entre o composto sulfurado e a zeólita. No caso do tiofeno, o modo de coordenação η1S, apesar de ser menos estável, em que o enxofre do anel interage diretamente cátion foi aquele que forneceu os melhores resultados com relação aos valores das energias de adsorção. Disso advém a suposição de que há uma preferência maior por esse modo de adsorção num sistema real. As zeólitas estudadas demonstraram alta capacidade de interação com os compostos sulfurados, justificando assim a potencialidade do uso desses materiais no processo de dessulfurização adsortiva de combustíveis derivados do petróleo. Para a adsorção do tiofeno os valores da energia de adsorção crescem em função do cátion na ordem: H+ < Na+ < Ag+ < Cu+ < Zn2+, para o sítio de adsorção SIII. No sítio SII as interações com os cátions dos metais de transição são similares. Estes resultados estão de acordo com o que é observado dos dados experimentais disponíveis. Para adsorção de propanotiol obtivemos a ordem Na+ < H+ < Ag+ < Cu+ < Zn2+ e esses resultados são inéditos na literatura.