ADSORÇÃO DE CO2 EM MCM-41 FUNCIONALIZADA COM ALCANOLAMINAS

ADSORÇÃO DE CO2 EM MCM-41 FUNCIONALIZADA COM  ALCANOLAMINAS [pic 1]

 Carvalho V. T. A. /UFRN, Carvalho L. S. de /UFRN, Urbina M. M. /UFAL, 

 Ruiz J. A. C. /CTGas, Campos L. M. A. /UFBA, Pontes L. A. M. /UFBA,

 Silva E. G. da /UFRN, Silva J. A. B. /UFRN, Carvalho F.C. de /CTGAS,  Nascimento P. F. /UFRN.

CO2  functionalized with alkanolamines

CO2 ADSORPTION ON MCM-41 FUNCIONALIZED WITH ALKANOLAMINES [pic 2]

 

Introdução

O dióxido de carbono (CO2) é o mais abundante dos gases de efeito estufa (GEE), tendo como maior fonte de emissão a geração de energia a partir de plantas movidas a combustíveis fósseis, por exemplo, carvão e gás natural (Freund 2003). Essa demanda é potencializada pela existência de tecnologias consolidadas e de baixo custo, utilizadas para obtenção de energia (EIA, 2006 a, b). A necessidade de mitigação dos impactos causados ao meio ambiente, aliada ao seu possível uso nos setores industriais e de geração de energia, vem impulsionando a pesquisa de novas formas de captura e armazenamento de dióxido de carbono. Assim, os processos de sequestro de carbono se configuram em importante alternativa, além das tradicionais técnicas utilizadas para reduzir os níveis de CO2 na atmosfera – como a diminuição do consumo de energia e aumento da eficiência de equipamentos (Stragliotto et al, 2009).

A minimização da emissão de CO2 pode ser obtida por separação dos demais gases industriais, para utilização ou estocagem, usando tecnologia economicamente viável. O processo de adsorção tem sido estudado para superar os problemas inerentes à absorção química, por ser uma técnica que gera menor quantidade de resíduos e menores custos industriais (Cheng et al., 2012). Um adsorvente apropriado é um material poroso com área superficial e volume de poro elevados, tamanho de partícula adequado e outras propriedades, tais como pureza, alta estabilidade térmica e mecânica. Neste trabalho, foram sintetizados materiais mesoporosos do tipo MCM-41, utilizando duas fontes de sílica. O material X-MCM-41, utilizou a sílica obtida de matéria prima alternativa, areia da praia, que se tornou economicamente viável, pois foi produzida sem pré-tratamento químico, com redução no consumo de energia, quando comparada a alguns processos industriais, além do uso de reagentes de baixo custo, a metodologia está descrita na patente BR1020140252835. Para o MCM-41 comercial, utilizou-se a sílica Fumed, para avaliação comparativa no processo de adsorção de CO2.  

 

Metodologia

Sínteses dos adsorventes MCM41 – Os materiais mesoporosos MCM-41 e X-MCM-41 foram preparados através do método hidrotérmico, utilizando sílica gel obtida de fonte alternativa, hidróxido de sódio (NaOH), direcionador estrutural (CTMABr) e água destilada. A adição desses reagentes foi feita em proporções estequiométricas para a obtenção de um gel com composição molar: 1,00 CTMABr: 4,00 SiO2: 2,00 NaOH: 200,00 H2O. O sólido resultante, após secagem por 12 horas, foi submetido a processo de calcinação, a 550ºC, com taxa de aquecimento de 10ºC/min, por 2h, sob fluxo de nitrogênio por 1h e fluxo de ar por mais 1h. O material MCM-41 comercial foi sintetizado utilizando-se a sílica Fumed – Aldrich – 99,8% e, para o X-MCM-41, foi utilizada uma fonte alternativa de sílica. Para a impregnação dos materiais sintetizados, foram utilizadas soluções de alcanolaminas, preparadas em etanol, com as seguintes concentrações: MEA (0,5 M) e MEA (1,66 M). O materiais permaneceram em contato à temperatura ambiente por 3h, sob agitação. Em seguida, o adsorvente foi separado por filtração, com a mesma solução de amina, e seco na estufa por 1h a 90 ºC.  

Análises para caracterização textural - A área superficial específica, o volume e o tamanho do poro foram determinados em equipamento da Micromeritics, ASAP 2020, pelo método BET, que consiste na adsorção de N2, à temperatura de 77 K, obtendo-se isotermas de adsorção e dessorção. A Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) Difratometria de Raios – X (DRX), também foram utilizados para comprovação de morfologia e estrutura do material produzido.  

Análise estática de adsorção de CO2 sintético – Para a determinação da capacidade de adsorção de CO2 foram obtidas isotermas de adsorção, experimentalmente, utilizando-se um microadsorvedor acoplado a uma balança de suspensão magnética, da marca Rubotherm, no Laboratório de Processamento de Gás (LPG) do Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis (CTGAS-ER). A metodologia consiste em ativar a amostra para remoção de umidade (T=100ºC por 2hrs, sob fluxo de 50ml/min de hélio), determinar o efeito do empuxo para corrigir os valores registrados durante a adsorção e por fim, a adsorção de CO2 (T=25ºC, pressões de 0,5 a 40 bar, com incrementos de 0,5).  

3° Congresso Brasileiro de CO2 na Indústria do Petróleo, Gás e Biocombustíveis 1

 

 

Resultados e Discussão

Através das técnicas de difratometria de raios – X, espectroscopia de infravermelho e microscopia eletrônica de varredura, adsorção de nitrogênio (BET) foi verificado que o material mesoporoso MCM-41, obtido com a sílica de fonte alternativa (X-MCM-41) apresentou características semelhantes à MCM-41 comercial. Em todas as amostras foi possível observar os difratogramas padrões da MCM-41, apresentando deflexões nos planos 100, 110 e 200 que são característicos da estrutura hexagonal da MCM-41. As micrografias dos materiais apresentaram morfologias coerentes com o material mesoporoso em estudo e os espectros de FTIR apresentaram bandas de absorção características de materiais silicosos do tipo da peneira molecular em estudo. As isotermas de adsorção de CO2, a 25°C, nos materiais sintetizados, MCM-41 de sílica alternativa (XMCM-41) e de sílica comercial (MCM-41 comercial), apresentadas nas Figuras 1A e 1B, indicam que a adsorção de CO2 foi mais eficiente, a baixas pressões, nos materiais: (X-MCM-41), impregnado com MEA (1,66 M), e MCM-41 comercial, impregnado com MEA