Preparação e caracterização de catalisadores zeolíticos para craqueamento e hidrocraqueamento de ésteres e ácidos graxos (HEFA)

Resumo

O setor aéreo contribui atualmente com cerca de 3-4% das emissões de gases de efeito estufa, de modo que a substituição de combustíveis derivados do petróleo por combustíveis de aviação sustentáveis se torna imprescindível para atingir as metas estabelecidas pela COP-27. Dentre as tecnologias emergentes, o hidroprocessamento de ésteres e ácidos graxos – HEFA, que consiste na conversão de óleos e gorduras para a produção de bioquerosene de aviação, tem se destacado. Neste processo, os ésteres e ácidos graxos devem ser craqueados na presença de um catalisador bifuncional, contendo sítios ácidos, e sofrerem reações de desoxigenação por reação com hidrogênio em sítios metálicos. O presente trabalho visou a síntese do catalisador ZSM-5, utilizando o método de transformação interzeolítica⁴, com posterior impregnação de 3% de Ni. Os materiais foram analisados por meio de difratometria de raios-X (DRX), termogravimetria (TG), microscopia eletrônica de varredura (MEV), fluorescência de raios-X (FRX) e análise textural através da fisissorção de N₂. Os materiais recém-sintetizados exibiram um padrão de difração de raios-X que é característico da topologia MFI. Como este material não foi preparado com agente orgânico direcionador de estrutura, o material foi submetido a troca iônica com NH₄NO₃ 0,1 mol L^-1, seco e calcinado a 500°C por 5 horas, com um fluxo de 50 mL min^-1 de ar sintético. Não foram identificadas variações significativas no padrão de raios-X após a calcinação. A análise realizada por microscopia eletrônica de varredura revelou que o zeólito ZSM-5 possui partículas aproximadamente esféricas com diâmetro de cerca de 9 mm, formadas por intercrescimento de cristalitos prismáticos, e também a presença de cristais na forma de prismas retangulares 9,4 mm de comprimento. O zeólito ZSM-5 apresentou uma isoterma hibrida do tipo I e do tipo IV, sugerindo que é um material com poros hierárquicos. Contudo, o método NLDFT revela que 95,3% do volume de poros se deve a microporos e apenas 4,7% a mesoporos. Por fim, a análise de FRX indicou que o zeólito obtido possui uma razão molar SiO₂/Al₂O₃ = 26,2, que os sítios de troca iônica estão ocupados por íons H⁺ e Na⁺. Depois da impregnação com 3% de níquel, não se detectaram picos de óxido de níquel no padrão de difração de raios-X e o teor de Ni por FRX foi de 2,29%. No entanto, notou-se uma diminuição na área superficial e no volume de microporos, o que indica que partículas de óxido de níquel em escala sub-nanométrica podem estar obstruindo parcialmente os canais do zeólito ZSM-5.