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Tese

Mitigating the Emission of Anthropogenic CO2 by its Integrated Capture and Conversion with Amines (2024)

  • Authors:
  • Autor USP: GARCIA, TOMAZ NEVES - IQ
  • Unidade: IQ
  • DOI: 10.11606/T.46.2024.tde-30042025-174504
  • Subjects: CATÁLISE; ELETROCATÁLISE; DIÓXIDO DE CARBONO; COMPOSTOS ORGÂNICOS; METANO
  • Keywords: Carbamate; Carbamato; Catalise; Catalysis; CH4; CH4; CO2; CO2; Electrocatalysis; Eletrocatalise; Formamida; Formamide
  • Agências de fomento:
  • Language: Inglês
  • Abstract: Dióxido de Carbono (CO2) pode ser considerado o principal responsável pelo aquecimento global e mudanças climáticas. O excesso de suas emissões é prejudicial ao meio ambiente e pode ter consequências catastróficas. Captura pontual de CO2 por aminas é um processo bem estabelecido e pode representar a captura de mais da metade da emissão antrópica total. Entretanto, a recuperação da amina e a pressurização do CO2 obtido consome muita energia. A integração da captura e conversão de CO2 pode ser uma estratégia chave para realocar esta energia desperdiçada para a etapa de conversão. Como o CO2 é uma molécula estável e inerte, sua captura e conversão é um desafio e a energia torna-se o aspecto mais importante de todo o processo, tornando esta estratégia altamente valiosa. Nesta tese a integração da captura e conversão de CO2 é estudada utilizando duas abordagens: N-formilação de aminas por CO2 e reações seguintes, utilizando termocatálise heterogênea de alta pressão; e conversão eletroquímica de carbamato para metano (CH4) em uma solução de captura. Para o estudo da N-formilação preparamos um catalisador Au/TiO2. Uma caracterização detalhada usando STEM, XPS, e XAS mostrou que o Au estava altamente disperso em TiO2. O catalisador exibiu atividade para a N-formilação de aminas. Curiosamente, as aminas contendo oxigênio apresentaram alta conversão, provavelmente devido à maior interação com o catalisador.Empregando base forte, descobrimos que a maioria das formamidas são hidrolisadas para ácido fórmico, recuperando a amina inicial. Curiosamente, a formamida obtida a partir da etanolamina permaneceu estável na presença da base forte. Descobrimos, pela primeira vez, que CO2 pode interagir com a maioria das formamidas, estabilizando-as contra ataques nucleofílicos. Entretanto, a formamida obtida a partir da etanolamina forma um aduto covalente com CO2 estabilizando-a fortemente. Para a conversão eletroquímica, encontramos uma nova classe de catalisador de Ni de baixo custo e abundante, que converte carbamato em hidrocarbonetos. Demonstramos que o carbamato era a espécie ativa por experimentos de controle e 13C RMN. Empregando XPS, descobrimos que Ni era especificamente o catalisador da reação, e usando STEM, demonstramos que Ni está altamente disperso quando depositado em diferentes substratos, incluindo nanotubos de carbono, e produz CH4 com alta seletividade e estabilidade. Cálculos de cobertura de Ni usando XPS demonstraram que o aumento no tamanho das partículas de Ni foi prejudicial à atividade catalítica. Estas descobertas foram apoiadas por cálculos DFT, que também elucidaram o mecanismo da reação. Este é o primeiro exemplo de conversão de carbamato para hidrocarbonetos através de eletrocatálise.Descobrimos também que, ajustando o gradiente de pH entre o eletrodo e a solução, a conversão de carbamato para metano é promovida. Investigando a formação de CH4 e HER em diferentes condições, levantamos a hipótese de que no gradiente de pH ideal, o amônio pode atingir a superfície e ser reduzido para amina e H2. A amina produzida pode reagir com CO2 para produzir carbamato dentro da dupla camada elétrica, superando a limitação de repulsão de carga entre a espécie carbamato e a superfície, e promovendo sua conversão.
  • Imprenta:
  • Data da defesa: 13.08.2024
    • Acesso à fonteAcesso à fonteDOI
    Informações sobre o DOI: 10.11606/T.46.2024.tde-30042025-174504 (Fonte: oaDOI API)
    • Este periódico é de acesso aberto
    • Este artigo é de acesso aberto
    • URL de acesso aberto
    • Cor do Acesso Aberto: gold
    • Licença: cc-by-nc-sa
    How to cite
    A citação é gerada automaticamente e pode não estar totalmente de acordo com as normas

    • ABNT

      GARCIA, Tomaz Neves. Mitigating the Emission of Anthropogenic CO2 by its Integrated Capture and Conversion with Amines. 2024. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2024. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/46/46136/tde-30042025-174504/. Acesso em: 03 dez. 2025.

    • APA

      Garcia, T. N. (2024). Mitigating the Emission of Anthropogenic CO2 by its Integrated Capture and Conversion with Amines (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/46/46136/tde-30042025-174504/

    • NLM

      Garcia TN. Mitigating the Emission of Anthropogenic CO2 by its Integrated Capture and Conversion with Amines [Internet]. 2024 ;[citado 2025 dez. 03 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/46/46136/tde-30042025-174504/

    • Vancouver

      Garcia TN. Mitigating the Emission of Anthropogenic CO2 by its Integrated Capture and Conversion with Amines [Internet]. 2024 ;[citado 2025 dez. 03 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/46/46136/tde-30042025-174504/

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