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Separação dos Isómeros de Xileno em Metal-Organic Frameworks - MOFs

Author(s): Nicolau, Marco Paulo Marques cv logo 1

Date: 2008

Persistent ID: http://hdl.handle.net/10198/1718

Origin: Biblioteca Digital do IPB

Subject(s): Metal-organic framework; Separação dos isómeros de xileno; Equilíbrio de adsorção; Adsorção multicomponente; Metal-organic framework; Xylene isomers separation; Adsorption equilibrium; Multicomponent adsorption


Description
A separação dos isómeros de xileno é um problema clássico da indústria petroquímica devido à sua ligação directa à produção de PET. A destilação é uma das formas possíveis de remover o o-xileno, mas falha para os restantes alquilaromáticos devido aos pontos de ebulição serem muito próximos. Além da cristalização, a qual possui uma pobre eficiência, a adsorção é largamente usada, sendo operado industrialmente em leito móvel simulado (SMB). Como adsorventes nesses processos são usados os zeólitos X e Y, permutados com catiões, tal como o Na+, K+ e Ba2+. Os metal-organic frameworks (MOFs) são uma nova classe de materiais cristalinos e recebem actualmente bastante interesse devido às suas potencialidades para serem aplicados como adsorventes. O carácter maioritariamente orgânico da superfície interna dos MOFs oferece um potencial sem precedentes para melhorar e ajustar a afinidade para adsorbatos aromáticos. Este trabalho representa um dos primeiros estudos acerca do uso de MOFs na separação por adsorção em fase gasosa dos isómeros de xileno. Neste trabalho, apresenta-se um estudo detalhado do equilíbrio de adsorção mono- e multicomponente dos isómeros de xileno e do etilbenzeno no MOF Zn(BDC)(Dabco)0:5. Os resultados obtidos, indicam que o MOF em estudo apresenta duas categorias de sítios activos de adsorção e que a forma como as moléculas se empacotam na estrutura microporosa do sólido pode ser determinante na separação. Além da baixa selectividade, o valor elevado das entalpias de adsorção, comparativamente aos zeólitos, é prejudicial do ponto de vista da operação de processos adsorptivos. The separation of mixed C8 alkylaromatic compounds is one of the most challenging issues in the chemical industry because of its direct link with PET manufacture. Distillation is only feasible for the removal of o-xylene; it fails for the other C8 alkylaromatic compounds because of the similarity of their boiling points. Besides crystallization, which has a poor efficiency, adsorption is widely used and is operated industrially in simulated moving bed processes. Zeolites X and Y exchanged with cations such as Na+, K+ e Ba2+ are used in such processes. Metal-organic frameworks (MOFs) are a new class of microporous crystalline materials and currently receive much attention in regard to adsorption applications. The mainly organic character of the inner surface of MOFs offers unprecedented potential for enhancing and fine-tuning the affinity for aromatic adsorbates. This work represents one of the first uses of MOFs in the separation by adsorption of xylene isomers under vapor conditions. This work reports a detailed experimental study of single and multicomponent adsorption equilibrium of xylene isomers and ethylbenzene in the MOF Zn (BDC)(Dabco)0:5. The results arising from this study lead us to conclude that the MOF has two categories of adsorption sites and that the stacking of the molecules in the microporous structure is crucial in the separation. Besides the poor selectivity, the high value of the adsorption enthalpy of aromatics in this MOF, in comparison to zeolites, is not beneficial with respect to the operation of adsorption processes.
Document Type Master Thesis
Language Portuguese
Advisor(s) Silva, José A.C.
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