Catalisadores baseados em Níquel e Gálio para a desidrogenação do etilbenzeno com dióxido de carbono

Abstract

A crescente concentração de dióxido de carbono na atmosfera, e a urgência em mitigar o aquecimento global, impulsionam o desenvolvimento de processos que possam converter o CO2 em produtos químicos de alto valor agregado. Neste contexto, este trabalho investiga a desidrogenação oxidativa do etilbenzeno mediada por dióxido de carbono como uma rota sustentável para a produção de estireno, superando as limitações termodinâmicas e a desativação por coque típicas do processo convencional. Para tal, foram sintetizados catalisadores bimetálicos de níquel e gálio com razões molares (Ga/Ni) de 0,01; 0,02 e 0,04, utilizando o método de coprecipitação seguido de calcinação a 500 °C. Os materiais obtidos foram caracterizados por difração de raios X (DRX), adsorção física de nitrogênio e redução à temperatura programada (TPR). A caracterização estrutural revelou a formação da fase de óxido de níquel (NiO) e, na amostra com maior teor de dopante, a segregação de óxido de gálio (Ga2O3). A adição de gálio resultou em um aumento da área superficial específica e modificou o perfil de reducibilidade do níquel. Nos ensaios catalíticos realizados a 600 °C, o desempenho dos materiais foi avaliado quanto à conversão de etilbenzeno e à distribuição de produtos, analisados via cromatografia gasosa (GC-FID). Os resultados indicaram que a presença de gálio, na estequiometria otimizada de Ga/Ni = 0,02, conduziu à conversões mais altas, atingindo valores próximos a 80%. O estudo revela que, a apesar do baixo rendimento em estireno, a interação Ga-Ni promoveu uma seletividade importante, validando o potencial desses materiais para a ativação do CO2, ainda que a aplicação industrial exija estratégias para aumentar a produção dos compostos aromáticos.

The increasing concentration of carbon dioxide in the atmosphere and the urgency to mitigate global warming drive the development of processes that convert CO2 into high-value-added chemical products. In this context, this work investigates the carbon dioxide-mediated oxidative dehydrogenation of ethylbenzene as a sustainable route for styrene production, overcoming the thermodynamic limitations and coke deactivation, typical of the conventional process. Bimetallic nickel and gallium catalysts with molar ratios (Ga/Ni) of 0.01, 0.02, and 0.04 were synthesized using the coprecipitation method followed by calcination at 500 °C. The obtained materials were characterized by X-ray diffraction (XRD), nitrogen physisorption, and temperature-programmed reduction (TPR). Structural characterization revealed the formation of nickel oxide (NiO) phases and, in the sample with the highest dopant content, the segregation of gallium oxide (Ga2O3). The addition of gallium resulted in an increase in the specific surface area and modified the reducibility profile of nickel. In catalytic tests performed at 600 °C, the performance of the materials was evaluated regarding ethylbenzene conversion and product distribution, analyzed via gas chromatography (GC-FID). The study reveals that, despite the low styrene yield, the Ga-Ni interaction promoted significant selectivity, validating the potential of these materials for CO2 activation, although industrial application requires strategies to increase aromatic production.