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Catálise Química
Leonardo José Lins Maciel
2015
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Catálise Química
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Introdução
Catalisadores são utilizados largamente na industria químicaem diversas.
1993: $!" #il%es &oram a'licados no desenvolvimento deCatalisadores $3!1(Químicos)
$3!*(+'licaç%es am#ientais) $1!(,etr-leo) $*!(iocatalisadores)
Catálise /omog0neaCatalisadores e 2eagentes em mesmaase
Catálise /eterog0neaCatalisadores e 2eagentes em &asesdi&erentes.4s-lidos catalisando gás ou solução5iocatálise 6nzimas
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I782;<= > C+8?@IA6 /6862B76+,rocessos Catalíticos
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-Catálise é o fenômeno em que uma quantidade relativamentepequena de um material estranho estequiometria - o catalisador !aumenta a velocidade de uma rea"#o qu$mica sem ser consumido
no processo %&'()C* 1+,./
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ea"es do ás de s$ntese %C3 4 2.
/ 6ur7ell* 8urve9 in Chemistr9* vol :* 1+,,
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Catalisadores A-lidos
ormados 'or 'equenas es'ecies nanocristalites ounano'articulas amor&as de uma &ase cataliticamente ativa4metal5 em um su'orte 4 +luminas! Ailicas! 8itanio! Dirconia!CErio! Car#onos! etc.
esenvolvimentos de Catalisadores:+lta +tividade)+lta seletividade)Fida util alta),ossi#ilidade de regeneração)2e'roduti#ilidade de 2e'rodução)
6sta#ilidade 8Ermica)+lta esta#ilidade a resist0ncia mecGnica)
Hetais Hetais do Bru'o FIII e I(:
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6ta'as de ,re'aração deCatalisadores A-lidos
MATERIAL ETAPA CATALISADOR NÃOSUPORTADO
CATALISADORSUPORTADO
DispersãoPrecipitação ou
Coprecipitação
Troca
IônicaImpregnação
Purificação
Conformação
PR
ECURSOR
Envelhecimento, Lavagem, Secagem
Moagem, Empastilhamento
Preliminar Matria prima Escolha !os sais e !o suporte
AtivaçãoCatalisador Calcinação Redução
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P"s# C";# $ gases
% & 'ue se !ecomponha ( menor temperatura poss)vel, evitan!o asinteri*ação
+orma mais comum para se oter um s-li!o C altamente !isperso.
/ & Partir !e um precursor P 0ue 12 se1a altamente !isperso 3
& 'ue o precursor P liere a maior 0uanti!a!e !e gases na
calcinaçãoΔ
6ta'as de ,re'aração deCatalisadores A-lidos
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Mg 4"s# $ %534"g# $ C43 "g#
6i4 "s# 3 7$ 6 4 $ 8 43 3"g# "g#
<00=C 200 – 300m2 /g
I Inor!"nicos
Car#onatos$ Mg C4% .
%534 "s#
%idr&'idos$ 39l"45#%
500=C
%idr&'i(car#onatos$
39l657 C4% "45#3 "s#
Nitratos$ 6i"64%#3"s#
500=C
9l34%"s#$ %534"g#
200 – 350m2 /g
9l34% "s#$ 3C43"g#
$ 65% "g#$ 534 "g#
400 – 500m2 /g
/
10 – 20m2 /g
Eta)as de Pre)aração de Catalisadores S&lidos
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I Inor!"nicos
Mg 4"s# $ %534"g# $ C43 "g#
%idr&'i(car#onatos$
39l657 C4% "45#3 "s#
Nitratos$ 6i"64%#3"s# 6i4 "s# 3 7$ 6 4 $ 8 43 3"g# "g#
II Or!"nicos
*or+iatos$ 6i "5C44#3 "s# 6i"s# $ C43 "g# $ 534 "g# $ C4 "g#
O'alatos$ :n "C44#3 "s#
<00=C 200 – 300m2 /g
Car#onatos$ Mg C4% . %534"s#
%idr&'idos$ 39l"45#%
500=C
500=C
<00=C
>50=C
9l34%"s#$ %534"g#
200 – 350m2 /g
9l34% "s#$ 3C43"g#
$ 65% "g#$ 534 "g#
400 – 500m2 /g
/
10 – 20m2 /g
:n4 "s# $ C4"g# $ C43 "g#
30 – 40m2 /g
Eta)as de Pre)aração de Catalisadores S&lidos
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,rocedimentos de 're'aração
,rocesso Químico na solução eou na inter&ace solido(liquido
,rocesso Bas(solido and reação solido(solido
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8i'os de e'osição metálica
Inci'ient JetnessIm'regnation 4IJI5
ulK de'osition Inter&acialde'osition
6quili#rium e'osition Im'regnation465/omogeneous e'osition
,reci'itation4/,5
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,re'aração deCatalisadores
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+dsorção 6letrostática
Ponto principal? @enômeno de )dsor"#o que ocorre durante o processo deimprena"#o do catalisador/
Ponto de Carga Zero(PZC)
Am solu"#o* quando o p é maior que o (BC* a superf$cie do Dido é carreado neativamente e desprotonado/Euando o p é menor que o (BC* a superf$cie do Dido é positivamente carreada e
protonados/ Ant#o Didos que s#o luares em solu"es com um p maior do que o seu (BC vaiaFsorver cátions e Didos contactado com uma solu"#o com um p inferior ao seu (BC vai aFsorver Gnions/
Hads
Hads
I(tCl-2
I%K>.< (t42
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+dsorção 6letrostática
Impregnação et!lica
Impregnação "eca(#r$ Impregnation)%"ol&ção '&iciente para
preencer o' poro'*(I+CIPI,+- .,-+,"" IP,+-I+)*
Impregnação mida (.et Impregnation)% "ol&ção em ece''odo ol&me poro'o*
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+dsorção 6letrostática
Suporte PZCHo3 L1
7#MN M(M.N
AiM O
Car#ono Pidado M(OCar#ono +tivadoPidado
M(O
Car#ono Brate O(N
8iM O(R
CeM "
DrM
Co3O "(9
+lM3 .N
Car#ono +tivado (1*
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,rocesso Aol(Bel
écnica que consiste da transforma"#o cont$nua da solu"#o num slido precursorhidratado%hidroel./
83L? 'ma solu"#o em suspens#o de part$culas slidas num l$quido cuo tamanho varia de1nm a 1Nm formado por hidrlise e condensa"#o parcial dum precursor %solu"#o coloidal./
OAL? (repaara"#o do OAL que pode ser um sal inorGnico do metal ou um alcDido do
metal/
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e'osição e 'reci'itação
) deposi"#o do metal é feita através de uma rea"#o qu$mica na fasel$quida/ ) rea"#o qu$mica leva a forma"#o de um componente do metalcom FaiDa soluFilidade no solvente/ ) precipita"#o que se seue é aitadae realiPada eDclusivamente na superf$cie do suporte/
Qua 4 sal (recursor )uste do p * 0/1 KKa34 )quecimento>5RC
suporte )uste do p 4 )quecimento:5RC* 1/5 h 4resfriamento
Centrifuado 4lavaem
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Co('reci'itação
Asta técnica a imprena"#o dos suportes é realiPada com uma solu"#o deum ou mais metais que ser#o precipitados untos com o suporte/
8olu"#o )
8olu"#o 6
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Aecagem e Calcinação
8ecaem,liminação do 'olente(!g&a) do' poro' d6' '6lido'*
Calcina"#o,tapa de decompo'ição do 'al prec&r'or em atmo'era de ar7 mantendo controlada'
a' 'eg&inte' ari!ei'% temperat&ra7 rampa de a8&ecimento7 l&o de g!'7tempo de
d&ração*
"e& o9:etio ; gerar poro'idade e dar re'i't<ncia mec=nica ao catali'ador /
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,- . Calcinação /Ter+&lise ou Deco+)osição.
P"s# S C"s#
$ gases
"s#3 % 39l 4 $ %5 439l"45#%"s#
S 65 ;
S5$ ; $ 65% "g#
6i"5C44#3"s#
S 6i "s# "g# 3"g#$ C4 $ C4 $ 5 4
3 "g#
0- . Reaç1es do )recursor co+ !ases
P"s# $ gas/S C"s# $ <"g,s#
6i4"s# $ 53"g# S 6i"s#
$ 5 43 "g#
3"s#Mo4 $ 35 S S MoS3 3"s#
$ 35 43 "g#
5;"s# $ %534"g# "s#
;
;
;
;
;
;
4 - ;< %s.
-%s.
S 5; T $ 9l34%%s.
Ti)os de reação na ativação
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Caracterização decatalisadores
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+nálises tErmicas 48B!8B!t+5
Conunto de técnicas que envolvem a medi"#o de propriedades f$sicasde suFstGncias ou materiais capaPes de sofrer varia"es em fun"#o datemperatura/
O- massaUO-Varia"#o de massa
U)-emperatura
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6s'ectrosco'ia de +#sorção atSmica4++A5
W uma técnica anal$tica que se Faseia na aFsor"#o de radia"#o narei#o do 'V e vis$vel por átomos asosos no estado fundamental* osquais s#o promovidos a n$veis mais altos de eneria/
Uiarama de ))8
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6T+A 46T8676 P(2aU a#sor'tion ineAtructure5
Asta técnica poderosa é utiliPada para sondar a estrutura local em torno
de praticamente qualquer elemento espec$fico na taFela peridica %eDceto osmais leves. dá informa"es soFre as nXmero de identidade e qu$micados viPinhos mais prDimos e as distGncias interatômicas média até 5- Y/
Uiarama de um AZ)@8
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6T+A 46T8676 P(2aU a#sor'tion ineAtructure5
9mostra +raçãoPt$3
+raçãoPt=
scatter 6 >, D?+"@/=%# E=,eA Tamanho,
Pt2Al0O3 B /,== PtBPt ,= 3,7 /,== B/,== %
Pt2Li2Al0O3/,$,3.=,/= =,F= PtBPt ,= 3,3 /,== B%,G= 7=
Pt2Li2Al0O3/,$44. =, =,7 PtB4 /,F= 3,=G /,== 7,=
H/===,/==,3="Pt7$#
=,= PtBPt G,/= 3, /,== =,=
Pt2Na2Al0O3/,$,0.=,/ =, PtBPt F,7 3,3 /,== B%,7= 7
Pt2Na2Al0O3/,$05. =,/= =,F= PtB4 =, 3,=7 /,== %,==G=
=,3 =, PtBPt /=,7 3, /,== B/,3=
Pt2Na2Al0O3/,$46. =,7= =,G= PtB4 /,G 3,=7 /,== 7,=H/==
=,= =,= PtBPt ,7 3, =,== B/,==
Pt272Al0O3/,$8. B /,== PtBPt F, 3, /,== B=,G= 7
Pt272Al0O3/,$,3. B /,== PtBPt /=, 3, /,== /,= =
Pt272Al0O3/,$46. B /,== PtBPt /=,G 3,G /,== =,%= =
Pt2Cs2Al0O3/,$0. B /,== PtBPt ,%= 3, /,== B/,%= %
Pt2Cs2Al0O3/,$,3.B /,== PtBPt //,G 3, =,== =,/= F=
=
9
aFela ? esultados Z)KA8[AZ)@8 de (t[)l23> e (t-M-)l23> %M\ Li* Ka* H* Cs./
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86H 4Hicrosco'ia 6letrSnica de 8ransmissão5
W uma técnica de microscopia pela qual um feiDe de elétrons é transmitida
através de uma camada ultra fina interaindo com a amostra* erando umaimaem de alta resolu"#o e detalhada da amostra/
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Catálise etero]nea- José Lu$s @iueiredo^@ernando amoa iFeiro* 2R edi"#o*
@unda"#o Calouste OulFe_ian/ Concepts of Modern Catal9sis and Hinetics- &/ Chor_endorf* J/`/Kiemantsverdriet*2RAd/* ̀ ile9-VC/
Hinetics of Catal9tic eactions- M/ )lFert Vannice* 8(&KOA (rinciples of &nstrumental )nal9sis- 8_oo* ooler* Crouch* Red/ 6roo_s
Ciola* / ! @undamentos de Catálise* Aditora Moderna* 1+:1/ Ouisnet* M/ * iFeiro* @/ / ! Belitos 'm Kanomundo ao 8ervi"o da Catálise*
@unda"#o Calouste OulFen_ian* 200</ Manual de Catálise* io de Janeiro* &6([Comiss#o de Catálise* 1+:</ Holesni_ov* &/M/* Holesni_ov* 8/&/* Vino_urov* 8/&/* OuF_in* &/M/ ! Hinetics and Catal9sis in omoeneous and eteroeneous 89stems* Kova 8cience (uFlishers*
&nc/ 2001/ Masel* /&/* Chemical Hinetics and Catal9sis* John `ile9 8ons* &KC/*(uFlication*
2001
= > ?
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- 777/sFcat/orCiola* / ! @undamentos de Catálise* Aditora Moderna* 1+:1/-Ouisnet* M/ * iFeiro* @/ / ! Belitos 'm Kanomundo ao 8ervi"o da Catálise*@unda"#o Calouste OulFen_ian* 200</-Manual de Catálise* io de Janeiro* &6([Comiss#o de Catálise* 1+:</-Holesni_ov* &/M/* Holesni_ov* 8/&/* Vino_urov* 8/&/* OuF_in* &/M/ ! Hinetics andCatal9sis in omoeneous and eteroeneous 89stems* Kova 8cience (uFlishers* &nc/ 2001/-Masel* /&/* Chemical Hinetics and Catal9sis* John `ile9 8ons* &KC/*(uFlication* 2001/
I782;<= > C+8?@IA6 /6862B76+,rocessos Catalíticos
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