O documento descreve um projeto de pesquisa para desenvolver catalisadores para a conversão de biomassa. O objetivo é sintetizar e estudar catalisadores de baixo custo para produzir biocombustíveis e produtos químicos a partir da biomassa, utilizando técnicas de luz síncrotron para caracterizar os catalisadores. O projeto inclui o design, síntese, caracterização, testes catalíticos e validação dos catalisadores.

1. Embrapii
Projeto Científico:
Desenvolvimento de
Catalisadores para Conversão
de Biomassa
Dr. Cristiane B. Rodella
XPD - LNLS
Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS)

2. LNLS: Desenvolvimento de catalisadores para
conversão de biomassa
Motivação
Catálise
Heterogênea
80-90% dos processos industriais
empregam catalisador em pelo menos 1
etapa : viabilidade econômica
Fácil separação do meio reacional
Atividade
Seletividade
Tempo de vida
Reciclagem

3. LNLS: Desenvolvimento de catalisadores para
conversão de biomassa
Motivação
Catálise
Heterogênea
80-90% dos processos industriais
empregam catalisador em pelo menos 1
etapa : viabilidade econômica
Fácil separação do meio reacional
Atividade
Seletividade
Tempo de vida
Reciclagem
Design
de
Catalisadores
DESAFIOS!!!!

4. LNLS: Desenvolvimento de catalisadores para
conversão de biomassa
DESAFIOS!!!!
http://inano.au.dk/
 Complexa estrutura 3D
 Varia numa ampla
escala de tamanhos
 Propriedades físicas, químicas e catalíticas
estão relacionadas as condições reacionais
Desenvolvimento e
otimização
requerem
informações do
nano ao macro e
em condições de
operação !!!!!

5. LNLS: Desenvolvimento de catalisadores para
conversão de biomassa
 Intensidade, elevado fluxo
 Variação de energia
 Fonte pequena com feixes
colimados
 Elevada estabilidade
 Experimentos ex-situ, in-situ e operando
 Estudo das propriedades estruturais,
eletrônicas e superficiais
 Preparação, ativação, catálise,
estabilidade e reciclagem
DESAFIOS → OPORTUNIDADES

6. LNLS: Desenvolvimento de catalisadores para
conversão de biomassa
Objetivos
Síntese e estudo de catalisadores ativos e baixo custo para aplicação industrial
na conversão da biomassa lignocelulósica e seus derivados. Visando a obtenção
e maximização da produção de biocombustíveis e produtos químicos de
interesse industrial
Design
de catalisadores
Alternativos
aos
Catalisadores
de metais
nobres
Caracterização
estrutural, eletrônica e
superficial usando
técnicas de luz
síncrotron e
convencionais
Reações
catalíticas
para validação
da atividade,
seletividade,
estabilidade e
reciclagem

7. LNLS: Desenvolvimento de catalisadores para
conversão de biomassa
Design
de catalisadores Alternativos aos
Catalisadores de
metais nobresControle de forma
Controle de tamanho
Porosidade
Dispersão
Controle da propriedades
ácidas e básicas
Carbetos de Tungstênio
Ni, Co
TiO2, ZrO2 e mistos
Nb2O5
Metal nobre/alta dispersão
W2C/C
Au/TiO2

8. LNLS: Desenvolvimento de catalisadores para
conversão de biomassa
Experimentos ex-situ, in-situ e operando
Difração de raios X (XRD)
Absorção de raios X (XANES/EXAFS)
Esp. de Fotoel. excitados por raios X (XPS/ESCA)
Área Superficial, Porosidade
Quimissorção de H2
Infravermelho com adsorção de piridina ou CO2
Espect. de massas
Caracterização estrutural,
eletrônica e superficial
usando técnicas de luz
síncrotron e convencionais
Cela capilar – leito fixo instalada na XDS
Cela Arara – leito fixo instalada na XPD

9. WO3
WO2
W
30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52
570
0
C
2
780
0
C
690
0
C
40
0
C
800
0
C - 0min
1min
2min
60min
3min
890
0
C
20
40
60
80
100
8300 8320 8340 8360 8380 8400 8420
#Spectra NiWxC/C-SO3H
Absorption(a.u.)
Energy (eV)
1002003004005006007008009001000110012001300
CO
H2O
CH4
H2
x10
2
x10
4
x10
4
x10
4
x10
3
a)
SH2
CO2
Temperature (°C)
Massspec.signal(a.u.)
Isothermal treatment
Caracterização estrutural, eletrônica e química durante
síntese de catalisadores de Ni-W2C/C
XRD – mudanças estruturais
XANES Ni k-edge
mudanças do
estado de oxidação
Espectrômetro de
massas acoplado as
celas – mudanças
reacionais

10. LNLS: Desenvolvimento de catalisadores para
conversão de biomassa
Reações catalíticas
para validação da
atividade,
seletividade,
estabilidade e
reciclagem
Reações catalíticas
Laboratório de Catálise
Reatores leito fixo e batelada
LNLS – celas de reação
Experimentos in-situ
e operando
Reatores catalíticos – Lab. de Catálise do LNLS
Celas de reação – Linhas de
luz do LNLS

11. Reações catalíticas para validação da atividade, seletividade, estabilidade e reciclagem dos
catalisadores: Biomassa e seus derivados
Conversão da celulose Conversão da glicose
Hidrogenação do ácido levulínico

12. Cristiane B. Rodella
Pesquisadora LNLS
Email:
cristiane.rodella@lnls.br
LNLS: Desenvolvimento de catalisadores para
conversão de biomassa