Estudo teórico da desidratação do etanol catalisada por hematita

• Main Author: Juliana Cecília de Mendonça Silva
• Other Authors: Wagner Batista de Almeida
• Format: Others
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Federal de Minas Gerais 2012
• Online Access: http://hdl.handle.net/1843/SFSA-8YBVB9

=== Nowadays there is an increasing interest in the development of nanomaterials. In a CVD (Chemical Vapor Deposition) reaction of powder hematite and gaseous ethanol at high temperatures, it is possible to produce carbon nanotubes, and it is believed that this reaction takes place through a decomposition path of ethanol, yielding ethene and water. The ethanol unimolecular dehydration reaction was studied in gas phase at high temperatures theoretically and experimentally. It is also a well-studied reaction using alumina as a catalyst at high temperatures, but milder than those of CVD reaction. However, no studies were found in the literature about the same reaction on the surface of hematite. In this master thesis a theoretical study was carried out of ethanol adsorption, followed by its dehydration reaction on top of 001 Fe-terminal hematite surface, and a comparative study of the unimolecular decomposition of ethanol, all using two different methodologies: a molecular approach and periodic boundary conditions. The molecular approach can describe better the molecular interactions, but the periodic boundary conditions are more suitable for studying compounds in solid state because it preserves the crystal geometry. In the isolated ethanol reaction study, without the presence of hematite, it was found that above 750 K the reaction occurs spontaneously. The results of distances between ethanol and the surface, adsorption energy, energy activation barrier, and E of the reaction found in both methods were similar. The activation barrier found in both methods differs slightly, but proved the catalytic action of hematite, even at 0 K calculations or at room temperature === Atualmente há um crescente interesse no desenvolvimento de nanomateriais. Através da reação CVD (Chemical Vapor Deposition) de hematita particulada e etanol gasoso em altas temperaturas, é possível produzir nanotubos de carbono e acredita-se que essa reação aconteça passando por um caminho de decomposição do etanol, produzindo eteno e água. A reação de desidratação do etanol unimolecular foi estudada em fase gasosa a altas temperaturas tanto do ponto de vista teórico como experimental. Também é uma reação bem estudada utilizando-se alumina como catalisador em altas temperaturas, porém mais brandas que da reação CVD. Contudo não foram encontrados na literatura estudos a respeito da mesma reação sobre a superfície da hematita. Neste trabalho foi realizado um estudo teórico da adsorção do etanol, seguida da reação de desidratação do mesmo sobre a superfície 001 Fe-terminal da hematita, além de um estudo comparativo da decomposição unimolecular do etanol, todos utilizando duas metodologias diferentes: a aproximação molecular e as condições periódicas de contorno. A aproximação molecular consegue descrever melhor as interações entre as moléculas, porém as condições periódicas de contorno são mais apropriadas para estudo de compostos no estado sólido por conservar a geometria do cristal. Pelo estudo da reação do etanol isolado, sem a presença da hematita, verificou-se que acima de 750 K a reação ocorre espontaneamente. Os resultados de distâncias entre o etanol e a superfície, energia de adsorção, barreira de ativação e [delta]E da reação encontrados em ambas as metodologias foram semelhantes. A barreira de ativação encontrada em ambas as metodologias diferiu um pouco, porém comprovou a ação catalítica da hematita, mesmo em cálculos a 0 K e à temperatura ambiente