Beneficiamento do CO2 através da hidrogenação catalítica com cobre promovido por Molibdênio suportados em Zeólitas (Cu-Mo/HZSM-5 OU Cu-Mo/HZSM-22) para obtenção de metanol

Abstract

A demanda de energia tem crescido de forma exponencial ao longo dos anos, delegando aos combustíveis poderes fundamentais e indispensáveis para o desenvolvimento socioeconômico dos países. O principal produto da combustão dos combustíveis fósseis é o dióxido de carbono (CO2), que pode ser reutilizado como fonte de carbono para a produção de insumos químicos de alto valor agregado. Neste trabalho, foram realizadas reações de hidrogenação do CO2 com catalisadores de cobre (Cu) promovidos por óxido de molibdênio (MoO3), suportados em zeólitas (HZSM-5 e HZSM-22): 30%Cu-5%Mo/HZSM-5; 30%Cu-10%Mo/HZSM-5; 30%Cu- 5%Mo/HZSM-22; 30%Cu-10%Mo/HZSM-22. Os catalisadores foram sintetizados utilizando-se a técnica de co-impregnação a umidade incipiente. Os catalisadores produzidos foram caracterizados através das técnicas de: difração de raios-X (DRX); análise textural (BET, BJH, t-plot); redução a temperatura programada (RTP); análise termogravimétrica (TGA) e dessorção à temperatura programada de amônia (TPD- NH3). Os catalisadores apresentaram elevada estabilidade térmica (perda de massa <5%, via TGA), além de uma aceitável estabilidade catalítica (cerca de 24 h)., com alcance de um estado pseudo-estacionário após 3 h de reação. Também se constatou que a faixa de temperatura ideal para a ativação do catalisador é entre 300°C e 400°C. Além disso, os resultados de DTP-NH3 ilustraram a formação de sítios ácidos fortes com a presença dos óxidos metálicos, principalmente o MoO3. Os difratogramas indicaram a presença dos picos cristalográficos referentes ao CuO e ao MoO3, e a ausência de alteração visível na estrutura cristalina das zeólitas (HZSM-5 e HZSM- 22). Os dados de análise textural confirmam a presença do Cu e do MoO3 nos poros das zeólitas, sugerindo à ocorrência de um bloqueio parcial nos mesoporos e uma obstrução intensa nos microporos. Nas reações de hidrogenação catalítica do CO2, obteve-se informações sobre conversão do CO2 (%), e seletividades a CH4 (%), CO (%), MeOH (%), além de produtividade (%) e rendimento do MeOH (g.kgcat-1.h-1). Para todos os catalisadores investigou-se a influência da temperatura (220, 240 e 260°C), e observou-se que um menor teor mássico de Mo e a HZSM-22, favoreciam a formação de MeOH, logo obteve-se um melhor desempenho com o catalisador 30%Cu-5%Mo/HZSM-22. Utilizando deste catalisador, buscou-se uma melhoria na atividade catalítica através da variação de parâmetros operacionais, como: pressão (20, 25 e 30 Bar) e velocidade espacial (0,3; 0,4 e 0,5 h-1). Obteve-se, resultados médios no estado pseudo-estacionário, de: conversão de CO2 (%) entre 9,7 e 17,4; seletividades a CH4 (%) entre 5,3 e 31,7 e CO (%) entre 24,2 e 48,1; produtividade (%) entre 4,0 e 7,5 e rendimento de MeOH (g.kgcat-1.h-1) entre 5,8 e 18,7. Além de uma Ea entre 20,6 e 46,0 kJ.mol-1, para todos os catalisadores estudados e todas as condições operacionais aplicadas.