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Type: Tese
Title: Preparo, caracterização e uso da perovskita mesoporosa LaMnO3 como catalisador na produção sustentável de imina em reator de fluxo contínuo
Authors: Himad Ahmed Alcamand
First Advisor: Eduardo Henrique Martins Nunes
First Referee: Witor Wolf
Second Referee: Henrique dos Santos Oliveira
Third Referee: Pedro Lana Gastelois
metadata.dc.contributor.referee4: Marcello Rosa Dumont
Abstract: Os óxidos do tipo perovskitas são considerados materiais promissores para substituírem os catalisadores de metais nobres, devido ao seu baixo custo, estabilidade térmica e química e fácil ajuste de propriedades. A perovskita LaMnO3 vem demonstrando excelente atividade catalítica devido à coexistência do par Mn3+/Mn4+. Entretanto, esses óxidos têm suas aplicações industrias limitadas devido à reduzida área superficial específica e ao baixo volume de poros provocados pelos métodos de sínteses que limitam a exposição dos sítios ativos e reduz o desempenho catalítico. Utilizamos o método nanocasting para preparar e caracterizar perovskitas mesoporosas LaMnO3 com elevada área superficial específica, maiores volumes de poros e menores tamanhos de partículas. Para isso, sintetizamos e utilizamos como moldes dois tipos de sílica com diferentes estruturas de poros ordenadas, sendo KIT-6 (3D-cúbica) e SBA-15 (2D-hexagonal). Resultados revelaram que as perovskitas possuem estrutura cristalina LaMnO3.15 e grupo espacial R-3c. Embora os materiais resultantes não sejam réplicas exatas dos moldes, foram obtidos valores elevados para áreas de superficiais específicas, maiores volumes de poros, menores tamanhos de partículas e de cristalitos em relação à perovskita obtida pelo método citrato, os quais foram, respectivamente: (i) 87 m2.g-1, 0,78 cm3.g-1, 8,3 nm e 8,0 nm para LM-S, (ii) 95 m2.g-1, 0,80 cm3.g-1, 13,5 nm e 11,7 nm para LM-K e (iii) 11 m2.g-1, 0,10 cm3.g-1, 89,7 nm e 58,6 nm para LM-S. Análises por XPS revelaram que as superfícies dos óxidos mesoporosos possuem elevados teores relativos do par Mn3+/Mn4+ e das espécies altamente oxidantes de O22-/O- em relação aquele preparado pelo método citrato. O desempenho catalítico foi avaliado por acoplamento oxidativo de álcool benzílico à anilina para a formação de imina em sistema de fluxo contínuo. O efeito sinérgico entre Mn3+/Mn4+, O22-/O-, temperatura de reação e fluxo de O2, influenciam no desempenho catalítico que exibiu a seguinte ordem para a produção estável de imina: LM-S (98 %) > LM-K (85 %) > LM-C (16 %). Os catalisadores foram recuperados, reciclados e reutilizados em cinco ciclos catalíticos, apresentando a seguinte ordem para o desempenho catalítico: LM-S (96 %) > LM-K (80 %) > LM-C (10 %), mantendo a estrutura cristalina.
Abstract: Perovskite-type oxides are considered promising materials to substitute noble metal catalysts, due to their low cost, thermal and chemical stability, and easy adjustment of properties. The perovskite LaMnO3 has shown excellent catalytic activity due to the coexistence of the Mn3+/Mn4+ pair. However, these oxides have limited industrial applications due to the reduced specific surface area and low pore volume caused by the synthesis methods that limit the exposure of the active sites and reduce the catalytic performance. We used the nanocasting method to prepare and characterize mesoporous LaMnO3 perovskites with high specific surface area, larger pore volumes, and smaller particle sizes. For this, we synthesized and used as templates two types of silica with different ordered pore structures, KIT-6 (3D-cubic) and SBA-15 (2D-hexagonal). Results revealed that the perovskites have LaMnO3.15 crystal structure and R-3c space group. However, the resulting materials are not accurate replicas of the templates, but high values were obtained for specific surface areas, larger pore volumes, smaller particle and crystallite sizes compared to the perovskite obtained by the citrate method, which were, respectively: (i) 87 m2.g-1, 0.78 cm3.g-1, 8.3 nm and 8.0 nm for LM-S, (ii) 95 m2.g-1, 0.80 cm3.g-1, 13.5 nm and 11.7 nm for LM-K and (iii) 11 m2.g-1, 0.10 cm3.g-1, 89.7 nm and 58.6 nm for LM-S. XPS analyses revealed that the surfaces of the mesoporous oxides have high relative contents of the Mn3+/Mn4+ pair and the highly oxidizing O22-/O- species compared to that prepared by the citrate method. The catalytic performance was evaluated by oxidative coupling of benzyl alcohol to aniline for imine formation in continuous flow system. The synergistic effect between Mn3+/Mn4+ pair, O22-/O-, reaction temperature and O2 flow rate, influence the catalytic performance which exhibited the following order for stable imine production: LM-S (98 %) > LM-K (85 %)> LM-C (16 %). The catalysts were recovered, recycled and reused in five catalytic cycles, exhibiting the following order for catalytic performance: LM-S (96 %) > LM-K (80 %) > LM-C (10 %), maintaining the crystalline structure.
Subject: Materiais
Ciência dos materiais
Processo sol-gel
Iminas
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA METALÚRGICA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Metalúrgica, Materiais e de Minas
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/51571
Issue Date: 4-Nov-2022
Appears in Collections:Teses de Doutorado

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