Use este identificador para citar ou linkar para este item: http://hdl.handle.net/11422/25952

Tipo: Tese
Título: Structure of the Mn-Na2WO4/SiO2 catalyst for Oxidative Coupling of Methane (OCM) at real reaction conditions
Autor(es)/Inventor(es): Ortiz Bravo, Carlos Andres
Orientador: Toniolo, Fabio Souza
Coorientador: Chagas Junior, Carlos Alberto
Resumo: O desempenho do catalisador Mn-Na2WO4/SiO2 para OCM é associado a fases cristalinas que não estão presentes em condições reais de reação. Neste trabalho se estuda a estrutura dos sítios W e Mn nos catalisadores 2% Mn-5% Na2WO4/SiO2, 5% Na2WO4/SiO2 e 3.1% WO3/SiO2 (% em massa) para OCM em condições ambiente, in situ e operando via DRX e espectroscopias Raman e XANES. As fases cristalinas identificadas a temperatura ambiente se transformam durante o aquecimento sob fluxo oxidante: γ→β→α-WO3, α→β-cristobalita e cúbico→ortorômbico→fundido-Na2WO4. A ordem de ligação dos sítios W com simetria octaédrica (Oh) e tetraédrica (Td) muda durante as transições γ→β→α-WO3 e cúbico→ortorômbico→fundido-Na2WO4, respetivamente. Estas variações se devem a mudanças no grau de distorção dos sítios W, pois todas as amostras preservam principalmente valência W6+ no aquecimento. Os sítios Oh-W6+ são inativos e os sítios Td-W6+ são menos distorcidos e mais ativos para a ativação do metano na presença dos sítios Oh-Mn 3+ . Os sítios Td-W6+ e Oh-Mn3+ continuam presentes mesmo se o aquecimento é feito sob uma mistura de gases OCM e efetuam reações OCM em estado estável. Por fim, o catalisador Mn-Na2WO4/SiO2 efetua reações OCM sem oxigênio na fase gasosa devido à redutibilidade do Mn.
Resumo: The OCM performance of the Mn-Na2WO4/SiO2 catalyst has been ascribed to crystalline phases that are not present at real reaction conditions. This work studies the W and Mn sites structure on the 2wt.% Mn-5wt.% Na2WO4/SiO2, 5wt.% Na2WO4/SiO2, and 3.1wt. % WO3/SiO2 catalysts for OCM at ambient, in situ, and operando conditions via XRD, Raman, and XANES spectroscopies. The crystalline phases identified at room temperature transform at heating under oxidizing conditions: γ→β→α-WO3, α→βcristobalite, and cubic→orthorhombic→molten-Na2WO4. The bond order of the W sites with octahedral (Oh) and tetrahedral (Td) symmetry changes during the γ→β→α-WO3 and cubic→orthorhombic→molten-Na2WO4 transitions, respectively. Such bond order changes are due to distortion degree variations because all samples preserve essentially W6+ valence at heating. Oh-W6+ sites are inactive and Td-W6+ sites are less distorted and more active towards methane activation in the presence of Oh-Mn3+ sites. The Td-W6+ and Oh-Mn3+ sites are present even at heating under an OCM gas mixture and perform OCM reactions at steady-state. Finally, the Mn-Na2WO4/SiO2 catalyst performs OCM reactions in the absence of gas-phase oxygen due to the Mn reducibility.
Palavras-chave: Acoplamento oxidativo de metano
Espectroscopia
Catálise
Catálise heterogênea
Acoplamento oxidativo do metano
Oxigênio de rede
Heterogeneous catalysis
Oxidative coupling of methane
Lattice oxygen
Assunto CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INORGANICOS
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
Unidade produtora: Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
Editora: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Data de publicação: Out-2021
País de publicação: Brasil
Idioma da publicação: eng
Tipo de acesso: Acesso Aberto
Citação: BRAVO, Carlos Andres Ortiz. Structure of the Mn-Na2WO4/SiO2 catalyst for Oxidative Coupling of Methane (OCM) at real reaction conditions. 2021. 113 f. Tese (Doutorado) - Programa de Engenharia Química, COPPE, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2021.
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