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Authors
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Abstract(s)
This study focuses the development and evaluation of various carbon nanotubes (CNTs) for biphasic oxidative processes involving the degradation of dibenzothiophene (DBT) in isooctane, a model contaminant in fuel, simulating contaminated fossil fuels, by Oxidative Dessulfurization (ODS). Hydrogen peroxide was used as oxidation source in these processes, and water as extractive phase. The CNTs were synthesized via chemical vapor deposition (CVD) using different polymers as carbon resource, leading to CNT-
MIX (from a mixture of polyolefins), CNT-PS (from pure polystyrene), and CNT-MIX-PS (from polyolefins/polystyrene). Nickel ferrite (NiFe2O4) supported on alumina was used as metallic catalyst in the CVD process. The synthesized materials underwent treatment with sulfuric acid and nitric acid, and characterized by Fourier Transformed Infra-Red (FTIR) spectroscopy, metal and ash content analysis, acidity/basicity determination, N2 adsorption-desorption isotherms, and contact angle measurements. The most promising
material, CNT-MIX, was further characterized using Raman spectroscopy and Thermogravimetric analysis (TG). The characterizations revealed the presence of metallic residues of Fe and Ni in the nanotubes, besides the incorporation of acidic and basic sites on the surface of the materials. The contact angle measurements revealed variations in hydrophobicity/hydrophilicity among the synthesized materials and specific surface areas (SBET) ranging from 73 to 98 m2 g-1.
The DBT removal tests were conducted over a reaction time of 8 hours, and the results demonstrated satisfactory performance, with the best material (CNT-MIX) achieving 77% removal of DBT by ODS. Additionally, the materials were tested in adsorption systems in the oil phase and aqueous medium, with no significant adsorption being observed in either case.
Further tests were conducted using CNT-MIX to enhance the results and align the experimental conditions with those reported in the literature. Acetonitrile was employed as extractive phase, and the impact of formic acid on these systems was evaluated. By using acetonitrile as extractive phase and a combination of H2O2 and formic acid as oxidizing agents, complete removal of DBT (100%) was achieved within 8 hours. The
findings of this work highlight the effectiveness of these materials as catalysts, adsorbents, and potentially as phase transfer catalysts for facilitating biphasic oxidative reactions.
Este trabalho concentra-se no desenvolvimento e avaliação de diferentes nanotubos de carbono (CNTs) para processos oxidativos bifásicos que envolvem a degradação de um contaminante modelo, dibenzotiofeno (DBT) em isooctano, que simula um combustível fóssil contaminado a partir da técnica de dessulfurização oxidativa. O peróxido de hidrogênio é utilizado como oxidante nesses processos, e a água é utilizada como fase extrativa. Os CNTs são sintetizados por meio da deposição química de vapor (CVD) utilizando diferentes polímeros, obtendo CNT-MIX (a partir de mistura de poliolefinas), CNT-PS (a partir de poliestireno) e CNT-MIX-PS (a partir de poliolefinas/poliestireno). Utilizou-se NiFe2O4, suportado em alumina, como catalisador metálico no processo de CVD. Os materiais sintetizados são tratados com ácido sulfúrico e ácido nítrico, e sua caracterização é realizada por meio de espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), análise de teor de metais e cinzas, determinação de acidez/basicidade, isotermas de adsorção e dessorção de N2 e medição do ângulo de contato. O material mais promissor, CNT-MIX, é posteriormente caracterizado por espectroscopia Raman e análise termogravimétrica (TG). As caracterizações revelam a presença de resíduos metálicos de Fe e Ni nos nanotubos, bem como a incorporação de sítios ácidos e básicos na superfície dos materiais. As medidas do ângulo de contato mostram variações na hidrofobicidade/hidrofilicidade entre os materiais, sendo que a área superficial específica (SBET) dos materiais variou de 73 a 98 m2/g. Os testes são conduzidos por um período de reação de 8 horas, e os resultados demonstram um desempenho satisfatório, com o melhor material (CNT-MIX) alcançando uma remoção de DBT de 77% na ODS. Além disso, os materiais são testados em sistemas de adsorção, tanto na fase oleosa quanto em meio aquoso. No entanto, não são observadas adsorções significativas em nenhum dos casos. Para melhorar os resultados e alinhar as condições experimentais aos estudos relatados na literatura, são realizados outros testes utilizando CNT-MIX. Acetonitrila é utilizada como fase extrativa, e o efeito do ácido fórmico nesses sistemas é avaliado. Ao utilizar acetonitrila como fase extrativa e uma combinação de H2O2 e HCOOH como agentes oxidantes, é alcançada uma remoção completa de DBT em 8 horas. As descobertas deste estudo evidenciam a eficácia desses materiais como catalisadores, adsorventes e potencialmente como catalisadores de transferência de fase para facilitar reações oxidativas bifásicas.
Este trabalho concentra-se no desenvolvimento e avaliação de diferentes nanotubos de carbono (CNTs) para processos oxidativos bifásicos que envolvem a degradação de um contaminante modelo, dibenzotiofeno (DBT) em isooctano, que simula um combustível fóssil contaminado a partir da técnica de dessulfurização oxidativa. O peróxido de hidrogênio é utilizado como oxidante nesses processos, e a água é utilizada como fase extrativa. Os CNTs são sintetizados por meio da deposição química de vapor (CVD) utilizando diferentes polímeros, obtendo CNT-MIX (a partir de mistura de poliolefinas), CNT-PS (a partir de poliestireno) e CNT-MIX-PS (a partir de poliolefinas/poliestireno). Utilizou-se NiFe2O4, suportado em alumina, como catalisador metálico no processo de CVD. Os materiais sintetizados são tratados com ácido sulfúrico e ácido nítrico, e sua caracterização é realizada por meio de espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), análise de teor de metais e cinzas, determinação de acidez/basicidade, isotermas de adsorção e dessorção de N2 e medição do ângulo de contato. O material mais promissor, CNT-MIX, é posteriormente caracterizado por espectroscopia Raman e análise termogravimétrica (TG). As caracterizações revelam a presença de resíduos metálicos de Fe e Ni nos nanotubos, bem como a incorporação de sítios ácidos e básicos na superfície dos materiais. As medidas do ângulo de contato mostram variações na hidrofobicidade/hidrofilicidade entre os materiais, sendo que a área superficial específica (SBET) dos materiais variou de 73 a 98 m2/g. Os testes são conduzidos por um período de reação de 8 horas, e os resultados demonstram um desempenho satisfatório, com o melhor material (CNT-MIX) alcançando uma remoção de DBT de 77% na ODS. Além disso, os materiais são testados em sistemas de adsorção, tanto na fase oleosa quanto em meio aquoso. No entanto, não são observadas adsorções significativas em nenhum dos casos. Para melhorar os resultados e alinhar as condições experimentais aos estudos relatados na literatura, são realizados outros testes utilizando CNT-MIX. Acetonitrila é utilizada como fase extrativa, e o efeito do ácido fórmico nesses sistemas é avaliado. Ao utilizar acetonitrila como fase extrativa e uma combinação de H2O2 e HCOOH como agentes oxidantes, é alcançada uma remoção completa de DBT em 8 horas. As descobertas deste estudo evidenciam a eficácia desses materiais como catalisadores, adsorventes e potencialmente como catalisadores de transferência de fase para facilitar reações oxidativas bifásicas.
Description
Mestrado de dupla diplomação com o Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais - Campus Nova Suíça
Keywords
Oxidative desulfurization DBT Biphasic oxidation Carbon nanomaterials Hydrogen peroxide