Preparação de nanopartículas metálicas suportadas em ZnO para uso como fotocatalisadores na conversão de CH4 em produtos de maior valor agregado

Abstract

Converter o Metano em produtos químicos de maior valor agregado é um desafio dada a energia necessária para ativar o CH4. Convencionalmente, essa energia é fornecida a partir de severas condições de temperatura e pressão, promovendo assim quebra da ligação C-H. No entanto, essas severas condições energéticas tendem a desfavorecer os processos de conversão de Metano resultando em produtos indesejados, desativação de catalisadores e baixas taxas de rendimento e seletividade. O processo fotocatalítico é uma alternativa para ativação do Metano sob temperatura ambiente. A fotocatálise utiliza a irradiação de semicondutores com radiação eletromagnética (Luz na faixa do UV-Visível do espectro) para gerar espécies reativas que podem promover a formação de radicais metila (•CH3). Além disso, a deposição de nanopartículas de metais nobres na superfície de semicondutores pode aumentar a fotoatividade agindo como co-catalisadores através de fenômenos como o efeito de ressonância plasmônica de superfície localizada e a barreira de Schottky. Neste trabalho são apresentados fotocatalisadores sintetizados à base de Óxido de Zinco com sua superfície modificada pela deposição de nanopartículas metálicas (Prata, Paládio, Ouro e Platina) para a conversão do Metano em hidrocarbonetos de cadeias mais longas. Utilizou-se um sistema com um fluxo constante de Metano borbulhado em uma solução aquosa contendo o fotocatalisador disperso. Foram analisados e discutidos os processos de síntese e as técnicas utilizadas para a caracterização dos materiais preparados, bem como as medidas de fotoatividade para formação dos diferentes produtos da reação analisados por cromatografia gasosa e espectrometria de massas. Os principais produtos formados foram C2H6 e CO2, além de menores quantidades de C2H4 e CO. Dentre os materiais analisados, o melhor desempenho foi observado pelo fotocatalisador composto de Pd(0,5%)/ZnO, atingindo uma taxa de produção de C2H6 de 686 μmol.h-1.g-1 e uma seletividade de C2H6 de 46%.