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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.97.2010.tde-20082013-152249
Document
Author
Full name
Regina de Paiva Souto Wuó
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Lorena, 2010
Supervisor
Committee
Cortez, Gilberto Garcia (President)
Fraga, Marco André
Silva, Maria Lúcia Caetano Pinto da
Title in Portuguese
Síntese, caracterização e avaliação das propriedades catalíticas de VOx/Ta2O5-Al2O3 para a reação de decomposição do isopropanol
Keywords in Portuguese
Catalisadores V2O5/Ta2O5-Al2O3
Decomposição do isopropanol
Espectroscopia Raman
FTIR
RTP
SEM
XRD
Abstract in Portuguese
Catalisadores à base de óxidos metálicos têm sido muito utilizados nas indústrias do petróleo, de química fina e no controle de poluição. A seleção adequada do óxido metálico como suporte, do catalisador e o uso de coberturas superficiais menores que uma monocamada dos componentes ativos, onde somente espécies MOx estão presentes sobre a superfície dos óxidos suportes, pode ser uma exigência para modificar as propriedades catalíticas de modo a obter uma boa eficiência do catalisador durante a reação. Óxidos metálicos do grupo V suportados têm uma grande variedade de aplicações catalíticas, e têm sido extensivamente investigados nos últimos anos. Catalisadores à base de óxido de vanádio suportado possuem excelentes propriedades redox e são principalmente empregados como catalisadores em processos de oxidação seletiva. Óxido de tântalo mássico é um sólido ácido com propriedades catalíticas e diversas aplicações têm sido reportadas. O suporte foi preparado pelo método de coprecipitação, utilizando proporções de 15 e 30% p/p de Ta2O5 em Al2O3. A adição de V2O5 sobre o suporte Ta2O5-Al2O3 foi realizada através de impregnação úmida com excesso de solvente, água, formando catalisadores com 2, 4 e 8 átomos de vanádio/nm². A fim de alcançar o objetivo deste trabalho, as seguintes técnicas de caracterização foram utilizadas: volumetria de N2 para determinação da área específica e volume de poros, redução à temperatura programada (RTP), difratometria de raios-X (XRD), espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), FTIR com adsorção de piridina e espectroscopia Laser Raman. As propriedades ácidas e/ou básicas dos suportes e catalisadores foram avaliadas através da reação de decomposição do isopropanol. As propriedades texturais do suporte foram modificadas pela adição crescente do vanádio ao suporte, efeito este atribuído ao bloqueio dos microporos pelas espécies de vanádio superficiais. A metodologia empregada na preparação do suporte revelou um material amorfo ao DRX. Nos catalisadores, a adição crescente de vanádio promove a formação de cristais de V2O5 superficiais nas amostras com 4 e 8 átomos de V/nm². Nos resultados de RTP, os catalisadores apresentaram um único pico de redução do vanádio que corresponde à redução de V2O5 a V6O13. Nas análises de FTIR com adsorção de piridina verificou-se a diminuição da força dos sítios ácidos de Lewis, presentes em todos os catalisadores, com a adição de vanádio. Somente nos catalisadores com 8 átomos de V/nm² foram detectadas bandas referentes a sítios ácidos de Br?nsted. Nas análises de espectroscopia Raman não foi observada nenhuma banda característica de espécies VOx isoladas nas amostras, porém para coberturas abaixo de uma monocamada de V foram observadas bandas de espécies poliméricas. Bandas Raman de cristais de V2O5 foram características somente na amostra com 8 átomos de V/nm². A presença de sítios ácidos foi confirmada pela presença de propeno e éter diisopropílico como produtos da desidratação do isopropanol em todos os catalisadores. Com a adição de vanádio, sítios básicos ou redox também foram verificados pela presença de acetona produzida pela desidrogenação do isopropanol.
Title in English
Synthesis, characterization and catalytic properties evaluation of VOx/Ta2O5-Al2O3 catalysts for isopropanol decomposition reaction
Keywords in English
FTIR
Isopropanol decomposition
Raman spectroscopy
SEM
TPR
V2O5/Ta2O5-Al2O3 catalysts
XRD
Abstract in English
Metal oxides based catalysts have been very used in petroleum industry, fine chemical and pollution control. The adequate selection of the metal oxide as a support and catalyst, and the use of superficial covering with active compounds lower than a monolayer, where only MOx species are present on the support oxide surface, can be a requirement to modify the catalytic properties in order to have a good catalyst efficiency during the reaction. Supported metal oxides of group V have a large variety of catalytic applications, and have been widely investigated in the last years. Supported vanadium oxide based catalysts have excellent redox properties and they are mainly used as selective oxidation catalyst. Tantalum oxide is an acid solid with catalytic properties and many applications of supported tantalum oxide based catalysts have been reported. The supports were prepared by coprecipitation method, using the proportions of 15 and 30% of Ta2O5 in Al2O3. The addition of V2O5 on the support Ta2O5-Al2O3 was performed using the wet impregnation method with excess of solvent, water, forming catalysts with 2, 4 and 8 atoms of V/nm². In order to achieve the purpose of this work, the following characterization techniques were used: N2 volumetry to determine specific area and pore volume, temperature programmed reduction (TPR), X-ray difratometry, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and Laser Raman spectroscopy. The acid/ basic properties of the support and catalysts were evaluated through isopropanol decomposition reaction. The textural properties of the supported were modified by the increasing addition of vanadium, effect attributed to micropores blocked by superficial vanadium species. The used methodology in the support preparation showed an amorphous material to XRD. In the catalysts, the increasing addition of vanadium promotes the formation of V2O5 superficial crystals in the samples with 4 and 8 atoms of V/nm². In the TPR results, the catalysts presented only one reduction peak corresponding to the V2O5 a V6O13 reduction. In the FTIR analysis with adsorbed pyridine, it was observed a decrease of acidity at Lewis acid sites, which were present in all catalysts samples. In the Raman spectroscopy analysis, it was not observed any characteristic band of isolated VOx species in the sample, although covering lower than a monolayer of vanadium, it was observed V=O bands due to surface polymeric vanadium oxide species. V2O5 crystal Raman bands were characteristics only in samples with 8 atoms of V/nm². The presence of acid sites was confirmed by the production of propane and diisopropyl ether as product of isopropanol dehydratation, observed for all catalysts. With V charge, basic and redox sites were verified as well by the production of acetone at isopropanol dehydrogenation.
 
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Publishing Date
2013-08-20
 
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