Síntese verde da zeólita ZSM-5 assistida por micro-ondas e aplicação na rota de pirólise catalítica do óleo de fritura e sebo bovino
dc.contributor.advisor | Melo, Dulce Maria de Araújo | |
dc.contributor.advisorID | https://orcid.org/0000-0001-9845-2360 | pt_BR |
dc.contributor.advisorLattes | http://lattes.cnpq.br/3318871716111536 | pt_BR |
dc.contributor.author | Caldas, Amanda Menezes | |
dc.contributor.authorLattes | http://lattes.cnpq.br/3615366618228937 | pt_BR |
dc.contributor.referees1 | Gondim, Amanda Duarte | |
dc.contributor.referees2 | Araújo, Aruzza Mabel de Morais | |
dc.contributor.referees3 | Carvalho, Fabíola Correia de | |
dc.date.accessioned | 2025-04-02T20:51:35Z | |
dc.date.issued | 2024-12-09 | |
dc.description.abstract | Catalysis plays a fundamental role in the current energy transition, enabling efficient biomass conversion. Zeolitic materials are among the heterogeneous catalysts widely explored in the industry, including petrochemicals, due to their high activity, selectivity, and thermal stability. In this class, zeolite ZSM-5 stands out, which has a porous structure, which gives it the characteristics of a molecular sieve, capable of selectively adsorbing molecules. The hydrothermal process is the most commonly used for the synthesis of this catalyst, where crystallization times of up to 72 hours are reported, in addition to the use of organic template and/or seeds to obtain the crystalline structure. Based on this, this work explored an innovative method without organic template and no seedless, assisted by microwaves, to obtain zeolite ZSM-5. The method allowed the formation of the crystalline structure in a period of up to 10 hours, depending on the conditions, and proved to be an efficient alternative by providing savings in time, reagents, energy, and total costs. The applicability of the catalyst was explored for the thermal conversion of residual biomass from frying oil (OF) and beef tallow (SB) from the catalytic pyrolysis process, in their protonated (HZSM-5) and nickel-impregnated (Ni/HZSM-5) forms. The samples were characterized, enabling confirmation of the formation of the stable orthorhombic structure and structural preservation. The OFW and KAS kinetic studies were proposed, which demonstrated the decrease in activation energies (Ea), provided by the catalysts. The results obtained from the catalytic pyrolysis tests confirmed the performance of the catalysts for the cracking of hydrocarbons, and selectivity for C10 to C14 fractions, with profiles that favor the production of biokerosene. The deoxygenation promoted by the catalysts was higher with Ni/HZSM-5, where oxygenated percentages of 7.8% were obtained for the frying oil and 1.3% for the beef tallow, demonstrating the influence of bifunctionality due to the addition of the metal. Pyrolysis-coupled chromatography analyses demonstrated a reduction in oxygenated products in the catalyzed processes, and the aromatization effect, especially for the frying oil biomass due to the unsaturations present in its chemical structure. Thus, the work is presented in order to contribute to sustainable development through two aspects: through the promising sustainable method of synthesis of the ZSM-5 zeolite, and through the waste stream. | pt_BR |
dc.description.embargo | 2026-03-10 | |
dc.description.resumo | A catálise desempenha um papel fundamental na atual transição energética, possibilitando a conversão de biomassa de forma eficiente. Os materiais zeolíticos estão entre os catalisadores heterogêneos amplamente explorados na indústria, incluindo a petroquímica, devido à sua alta atividade, seletividade e estabilidade térmica. Nesta classe, destaca-se a zeólita ZSM-5, que apresenta estrutura porosa, que lhe atribui as características de peneira molecular, capaz de adsorver moléculas seletivamente. O processo hidrotérmico é o mais comumente empregado para síntese deste catalisador, onde são reportados tempos de cristalização de até 72 horas, além do uso de agentes direcionadores orgânicos e/ou semente para obtenção da estrutura cristalina. A partir disso, este trabalho explorou um método inovador sem direcionador orgânico e sem semente, assistido por micro-ondas, para obtenção da zeólita ZSM-5. O método permitiu a formação da estrutura cristalina em um período de até 10 horas, a depender das condições, e mostrou ser uma alternativa eficiente por proporcionar economia de tempo, reagentes, energia e custos totais. A aplicabilidade do catalisador foi explorada para a conversão térmica das biomassas residuais de óleo de fritura (OF) e sebo bovino (SB) a partir do processo de pirólise catalítica, em suas formas protonada (HZSM-5) e impregnada com níquel (Ni/HZSM-5). As amostras foram caracterizadas, possibilitando confirmar a formação da estrutura ortorrômbica estável e preservação estrutural. Foram propostos os estudos cinéticos OFW e KAS, que demonstraram a diminuição das energias de ativação (Ea), proporcionada pelos catalisadores. Os resultados obtidos a partir dos ensaios de pirólise catalítica confirmaram o desempenho dos catalisadores para o craqueamento dos hidrocarbonetos, e seletividade para frações de C10 a C14, com perfis que favorecem a produção de bioquerosene. A desoxigenação promovida pelos catalisadores foi superior com Ni/HZSM-5, onde foram obtidos percentuais de oxigenados 7,8% para o óleo de fritura e 1,3% para o sebo bovino, demonstrando influência da bifuncionalidade pelo acréscimo do metal. Análises de cromatografia acoplada à pirólise demonstraram redução dos produtos oxigenados nos processos catalisados, e o efeito de aromatização, especialmente para a biomassa de óleo de fritura devido às insaturações presentes em sua estrutura química. Assim, o trabalho se apresenta de forma a contribuir para o desenvolvimento sustentável por meio de duas vertentes: pelo método sustentável promissor de síntese da zeólita ZSM-5, e através do fluxo de resíduos. | pt_BR |
dc.description.sponsorship | Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq | pt_BR |
dc.identifier.citation | CALDAS, Amanda Menezes. Síntese verde da zeólita ZSM-5 assistida por micro-ondas e aplicação na rota de pirólise catalítica do óleo de fritura e sebo bovino. Orientadora: Dra. Dulce Maria de Araújo Melo. 2024. 112f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2024. | pt_BR |
dc.identifier.uri | https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/63328 | |
dc.language | pt_BR | pt_BR |
dc.publisher | Universidade Federal do Rio Grande do Norte | pt_BR |
dc.publisher.country | Brasil | pt_BR |
dc.publisher.initials | UFRN | pt_BR |
dc.publisher.program | PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS | pt_BR |
dc.rights | Acesso Embargado | pt_BR |
dc.subject | Biocombustíveis | pt_BR |
dc.subject | Zeólitas | pt_BR |
dc.subject | ZSM-5 | pt_BR |
dc.subject | Óleo de fritura | pt_BR |
dc.subject | Sebo bovino | pt_BR |
dc.subject | Pirólise catalítica | pt_BR |
dc.subject.cnpq | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA | pt_BR |
dc.title | Síntese verde da zeólita ZSM-5 assistida por micro-ondas e aplicação na rota de pirólise catalítica do óleo de fritura e sebo bovino | pt_BR |
dc.type | masterThesis | pt_BR |