Síntese de zeólita ZSM-5 template-free empregando hidrochars oriundos de biomassas

Abstract

Resíduos lignocelulósicos foram transformados em materiais de alto valor agregado – hidrochars, através do processo de carbonização hidrotérmica. A influência da temperatura e do tempo de carbonização nas propriedades dos hidrochars derivados de casca de arroz e casca de acácia negra exausta foram analisados. Foi observado que a carbonização hidrotérmica da casca de arroz e da casca de acácia negra aumentou o teor de carbono, a porosidade e a quantidade de grupos funcionais do material sólido. Devido às características poliaromáticas dos hidrochars, sobretudo aqueles sintetizados em condições mais extremas, esses foram testados como agentes modificadores de características texturais e morfológicas e acidez em zeólitas ZSM-5 template free. Foi avaliada a influência da quantidade de hidrochar adicionado na síntese da zeólita assim como o material de origem do hidrochar (casca de arroz ou casca de acácia negra exausta). Observou-se que o hidrochar pouco influenciou nas características texturais e na razão Si/Al das zeólitas. Contudo, foram identificados impactos na acidez e morfologia. O hidrochar foi capaz de aumentar a quantidade de sítios de Brønsted na zeólita e levar a formatos de cristais aglomerados em esferas e geminados. Consequentemente, as zeólitas com hidrochar exibiram maior conversão no craqueamento de n-hexano, favorecendo a formação de olefinas, devido a grande quantidade de sítios de Brønsted e seletividade de forma. Contudo, elas exibiram menor conversão de metanol em hidrocarbonetos, favorecendo a formação de dimetil-éter, em função de sua rápida desativação. Portanto, o uso dos hidrochars na síntese de zeólita ZSM-5 template-free foi de grande importância para aumentar a acidez do material zeolítico obtido.

Lignocellulosic waste were transformed into high value-added materials, hydrochars, through the process of hydrothermal carbonization. The influence of carbonization temperature and time on the properties of hydrochars derived from rice husk and exhausted black wattle bark were analyzed. It was observed that hydrothermal carbonization of rice husk and black wattle bark increased the carbon content, porosity and the amount of functional groups in the solid material. The synthesized hydrochars were tested as textural, morphological and acidity modifying agents in template-free ZSM-5 zeolites, due to the presence of aromatic rings in their structure, especially those synthesized under more extreme conditions. The influence of the amount of hydrochar added to the zeolite synthesis and the source material of the hydrochar (rice husk or exhausted black wattle bark) was evaluated. It was observed that the hydrochar had little influence on the textural characteristics and Si/Al ratio of the zeolites. However, impacts on acidity and morphology were identified. The hydrochar was able to increase the amount of Brønsted sites in the zeolite and led to sphere agglomerated and twinned crystal shapes. Consequently, the zeolites with hydrochar exhibited higher conversion in the cracking of n-hexane, favoring the formation of olefins, due to the large amount of Brønsted sites and shape selectivity; however, they exhibited lower conversion of methanol into hydrocarbons, favoring the formation of dimethyl-ether due to its rapid deactivation. Therefore, the use of hydrochars in the synthesis of template-free ZSM-5 zeolite was of great importance in increasing the acidity of the zeolitic material obtained.