Síntese de zeólitos e sua peletização

Abstract

Dentro dos vários tipos de peneiros moleculares existentes, os zeólitos sempre tiveram uma especial relevância devido às suas variadas aplicações. São aluminossilicatos de estrutura tridimensional, constituída por blocos tetraédricos de Óxido de Alumínio e Óxido de Sílica, e são bastante usados em processos de adsorção, de catálise ou de permuta iónica. Infelizmente, as suas dimensões, ao nível nanométrico, são um obstáculo à sua utilização principalmente devido às perdas de carga em reactores. Para resolver este problema, os zeólitos são aplicados em corpos sólidos, geralmente aglomerados ou peletes, através de processos de extrusão, peletização, ou aglomeração, entre outros. Estes tendem a diminuir consideravelmente a área superficial e podem afectar as propriedades de catálise dos zeólitos. No entanto, apresentam grande resistência mecânica o que influencia positivamente o seu tempo de vida útil. Este trabalho teve como objectivo elaborar e comparar vários tipos de suportes para zeólitos e suas características face aos pós. Após a elaboração de vários tipos de zeólitos – Zeólito A, Zeólito Y e ZSM-5 –, apenas um foi escolhido, o Zeólito A, para ser embutido em vários suportes diferentes. O primeiro a ser produzido foi uma pelete cerâmica com aglutinantes argilosos – o caulino –, e orgânicos – o álcool polivinílico, PVA. Três tipos de peletes foram sintetizadas, com diferentes percentagens mássicas de PVA, 5%,10% e 15%, mas apenas as peletes de 10% e 15% de PVA apresentaram consistência mecânica e, consequentemente, foram as únicas a ser usadas para cozimento. A de PVA a 10% apresentou maior resistência mecânica e uma área superficial inferior, 6,6 m2/g. No caso da pelete a 15% de PVA a área específica de superfície foi de 10,5 m2/g. Em seguida embutiu-se Zeólito A numa estrutura polimérica de Poliuretano. Foram igualmente produzidos dois tipos de monólitos sintéticos: um com aplicação de pó de zeólito; e um com cristalização “in situ”. Em ambos os casos apesar de apresentarem zeólito na sua estrutura, não foi detectada área de superfície activa.

Within the various types of existing molecular sieves, zeolites have always had a special significance due to its wide range of applications. They are Aluminosilicates with a three-dimensional structure, which consist on tetrahedral blocks of Aluminum Oxide and Silica Oxide, and that are widely used in adsorption processes, catalysis or ion exchange. Unfortunately, its dimensions of nanometer level are an obstacle to their use primarily due to the loss of pressure in reactors. To solve this problem, zeolites are used in solid structures, usually agglomerates or pellets, made through processes of extrusion, pelletizing, or agglomeration, among others. These structures tend to reduce considerably its surface area and can affect the catalytic properties of zeolites. However, they show great strength which positively influences their life span. This study aimed to develop and compare various types of zeolite supports and its features compared to those from powders. After developing several types of zeolites - Zeolite A, Zeolite Y and ZSM-5 - only one was chosen - Zeolite A - to be built in different types of supports. The first produced was a pellet with a ceramic binder - kaolin -, and organic binder - the polyvinyl alcohol, PVA. Three types of pellets were synthesized with different mass percentages of PVA - 5%, 10% and 15% -, but only pellets of 10% and 15% of PVA were mechanically consistent and, consequently, were the only ones to be used for calcination. The one with 10% PVA showed higher mechanical strength and a lower surface area of 6.6 m2/g. In the case of the pellet with 15% PVA, the specific surface area was 10.5 m2/g. It was, then, built up Zeolite A in a polymer structure of polyurethane. It was also produced two types of synthetic monoliths: one with an application of powdered zeolite; and one with crystallization “in situ”. In both cases, despite showing the zeolite in their structure, there was not detected active surface area.