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Type: Dissertação
Title: Simulação de processos de adsorção molecular em material nanoporoso constituído por tereftalato e zircônio
Author: Soares, Carla Vieira
First Advisor: Leitão, Alexandre Amaral
Referee Member: Abreu, Heitor Avelino de
Referee Member: Correa, Charlane Cimini
Resumo: Cálculos de primeiros princípios baseados na Teoria do Funcional da Densidade (DFT) foram utilizados para investigar a adsorção de moléculas (CO2, CO, H2, CH4, N2, H2S, C4H4S, C2H4O2, C2H4O e H2O) na cavidade porosa da MOF formada por Zircônio e Tereftalato. A estrutura alvo deste trabalho denominada MIL-140A foi primeiramente validada, mostrando boa concordância com os dados espectroscópicos (Infravermelho e RMN), difratograma de raios X e parâmetros estruturais entre o modelo simulado e a estrutura experimental. Com os cálculos de estrutura eletrônica foi possível prever os sítios preferenciais para a adsorção, avaliar a força das interações adsorvente/adsorbato e determinar a ordem de seletividade para as moléculas na MIL-140A. O uso do funcional PBE aliado à correção DFT-D2 foi uma ferramenta valiosa para descrever a interação nesses sistemas. Devido ao fato das interações serem relativamente fracas, a contribuição da energia de ponto zero (EZPE) e da energia térmica (Evib(T)) são pequenas se comparadas com a contribuição das interações de dispersão. Assim, as energias vibracionais foram negligenciadas e H pôde ser aproximada para ΔEDFT. O bom acordo encontrado entre ΔEDFT e a entalpia de adsorção experimental para as moléculas (CO2, CO, CH4 e N2) comprova essa hipótese. A estabilidade da MIL-140A foi explorada mediante o cálculo da barreira de energia associada à reação de dissociação da molécula de água. O valor muito alto encontrado para a dissociação da molécula de água confirma que essa MOF se mantém estável. Os resultados demonstram que a MIL-140A pode ser um adsorvente ideal para a remoção de CO2 a partir de uma série de gases, por exemplo, gás natural, gás de síntese, biogás e gás de combustão. Além disso, a MIL-140A também pode ser utilizada na remoção do sulfeto de hidrogênio e tiofeno dos combustíveis, atuar como uma plataforma para reações envolvendo o ácido acético e reciclar o acetaldeído ejetado das indústrias.
Abstract: First principle calculations based on Density Functional Theory (DFT) were used to investigate the adsorption of molecules (CO2, CO, H2, CH4, N2, H2S, C4H4S, C2H4O2, C2H4O and H2O) in a porous cavity of Zirconium terephthalate MOF. The MIL-140A was first validated by a very good agreement between the simulation and the experimental spectroscopic (Infra-red and NMR), X-ray diffraction and structural parameters of the selected MOF. The calculations of electronic structure further predicted the preferential adsorption sites, the strength of the host/guest interactions and determine the selectivity for molecules in MIL-140A. The use of the PBE XC functional integrating the DFT-D2 correction was valuable to accurately describe the interaction of those systems. Due relative weak interactions it is expected that the contribution of the zero point energies (ΔEZPE) and thermal energy contributions (ΔETE) are very small in comparison to the dispersion interactions contributions. Thus, the vibrational energies can be neglected and thus ΔH can be approximated to ΔEDFT. A very good agreement between ΔEDFT and the experimental adsorption enthalpy determined for the molecules (CO2, CO, CH4 e N2) confirms this assumption. The water stability of the MIL-140A was explored through the activation barrier associated to the dissociative chemisorption of water. Its high value confirms the very good water stability of this MOF. These results demonstrate that the MIL-140A could act as an ideal adsorvent for the removal of CO2 from a series of gases (e.g. natural gas, syngas, biogas and flue gas). Furthermore the MIL-140A can be able to remove hydrogen sulfide and thiophene from the fuels, act as a platform for reactions with acid acetic and recycle the acetaldehyde ejected from the factories.
Keywords: MIL-140A
MOFs
Adsorção
Teoria do Funcional da Densidade
MIL-140A
MOFs
Adsorption
Density Functional Theory
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::FISICO-QUIMICA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Juiz de Fora
Institution Initials: UFJF
Department: ICE – Instituto de Ciências Exatas
Program: Programa de Pós-graduação em Química
Access Type: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/1819
Issue Date: 29-Feb-2016
Appears in Collections:Mestrado em Química (Dissertações)



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