Fotoativação do metano utilizando nanopartículas bimetálicas de rutênio-paládio suportadas em nitreto de carbono como sistema catalítico

Abstract

O presente projeto tecnológico apresenta resultados referentes à síntese de um catalisador nanoparticulado bimetálico, suas caracterizações e sua aplicação para a reação de fotoativação de metano. O metano é um gás que contribui para o aquecimento global, sendo sua liberação descontrolada um sério problema ambiental. Desta forma, é de grande interesse a transformação de metano em compostos de maior valor agregado ou em substâncias menos nocivas ao ambiente. Neste contexto, reações fotocatalíticas surgem como uma alternativa viável aos processos térmicos, pois reações que necessitariam de altas temperaturas para ocorrer podem ser realizadas sob condições amenas utilizando a energia dos fótons da luz. Entre os catalisadores estudados, nanopartículas bimetálicas são materiais interessantes uma vez que podem apresentar efeitos sinérgicos que melhoram a atividade catalítica quando comparadas às suas contrapartidas monometálicas. O nitreto de carbono é um material semicondutor que tem sido bastante utilizado em reações fotocatalíticas e também pode ser utilizado como eficiente suporte para nanopartículas. No presente trabalho, desenvolveu-se a síntese de nanopartículas de RuPd suportadas em nitreto de carbono e este material foi utilizado como catalisador na fotoativação de metano. Através das análises de FTIR e MET, comprovou-se a formação do C3N4 e a presença de nanopartículas de RuPd com 4,60 nm de diâmetro e bem dispersas no suporte. O material contendo 1% massa de RuPd suportados em C3N4 apresentou resultados promissores para a fotoativação de metano. Pela seletividade, obteve-se 1% de C5, 36% de C8, 46% de C10, 9% de C11 e 7% de C12 após 5 h de reação em condições ambientes.

The present project presents technological results related to the synthesis of a bimetallic nanostructured catalyst, its characterization and its application to the methane photoactivation reaction. Methane is a gas that contributes to global warming, and its uncontrolled release is a serious environmental problem. Thus, it is of great interest to transform methane into higher value-added compounds or substances less harmful to the environment. In this context, photocatalytic reactions emerge as a viable alternative to thermal processes, since reactions that would require high temperatures to occur can be performed under mild conditions using the light photon energy. Among the catalysts studied, bimetallic nanoparticles are interesting materials since they can present synergistic effects that improve the catalytic activity when compared to their monometallic counterparts. Carbon nitride is a semiconductor material that has been widely used in photocatalytic reactions and can also be used as an efficient support for nanoparticles. In the present work, the synthesis of RuPd nanoparticles supported on carbon nitride was developed and this material was used as a catalyst in the methane photoactivation. By FTIR and TEM analyzes, it was possible to confirm the formation of C3N4 and the presence of RuPd nanoparticles with 4.60 nm in diameter and well-dispersed in the support. The material containing 1 wt.% of RuPd supported in C3N4 presented promising results for methane photoactivation. By selectivity, it was obtained 1% of C5, 36% of C8, 46% of C10, 9% of C11 and 7% of C12 after 5 h of reaction under ambient conditions.