Orientadores: Munir Salomão Skaf, Vitor Rafael Coluci

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química

Resumo: Zeólitos são aluminossilicatos cuja estrutura consiste em tetraedros TO4 (com T=Si,Al) que compartilham todos os seus vértices com os tetraedros vizinhos, formando uma rede tridimensional altamente porosa e de baixa densidade. A substituição de Si por Al na matriz zeolítica leva à formação...

Resumo: Zeólitos são aluminossilicatos cuja estrutura consiste em tetraedros TO4 (com T=Si,Al) que compartilham todos os seus vértices com os tetraedros vizinhos, formando uma rede tridimensional altamente porosa e de baixa densidade. A substituição de Si por Al na matriz zeolítica leva à formação de uma carga total negativa, contrabalanceada pela presença de cátions trocáveis no material. Os zeólitos são objetos de estudo importantes por serem muito usados na indústria como peneiras moleculares, trocadores iônicos e catalisadores. A localização dos cátions trocáveis nos sítios cristalográficos de um zeólito e a identidade desses cátions são fatores que governam a adsorção de gases e outras moléculas pequenas no zeólito e o comportamento catalítico dos zeólitos. Embora várias técnicas experimentais sejam usadas para caracterizar tais cátions, é comum ocorrerem situações nas quais alguns dos cátions trocáveis não conseguem ser localizados com exatidão pelos métodos experimentais; nesses casos, estudos computacionais por simulações de Dinâmica Molecular (DM) são bastante úteis para ajudar a elucidar o posicionamento dos cátions trocáveis na estrutura zeolítica e as suas respectivas mobilidades. Neste trabalho, realizamos simulações de Dinâmica Molecular dos zeólitos NaX e BaX na aproximação da matriz rígida e considerando a vibração dos átomos da matriz com o objetivo de analisar a influência da vibração da matriz zeolítica na determinação de diversas propriedades do sistema, como o posicionamento dos cátions trocáveis e o espectro de absorção desses cátions na região do infravermelho longínquo. O zeólito NaX foi escolhido por ser o precursor de quase todos os outros zeólitos do tipo X, havendo assim muitos estudos experimentais sobre ele na literatura; já o zeólito BaX é importante pois as faujasitas de bário são usadas na indústria em processos de separação de moléculas aromáticas, como os xilenos

Abstract: Zeolites are aluminosilicates whose structure consists of TO4 tetrahedra (with T=Si,Al) that share all its corners with the neighboring tetrahedra, thus forming a three-dimensional network highly porous and with a low density. The substitution of Si with Al in the zeolitic matrix leads to...

Abstract: Zeolites are aluminosilicates whose structure consists of TO4 tetrahedra (with T=Si,Al) that share all its corners with the neighboring tetrahedra, thus forming a three-dimensional network highly porous and with a low density. The substitution of Si with Al in the zeolitic matrix leads to the generation of a net negative charge, balanced by the presence of exchangeable cations in the material. Zeolites are important objects of study because they are used industrially as molecular sieves, ion exchangers and catalysts. The location the exchangeable cations in the zeolite crystallographic sites and the identity of these cations are factors that govern the adsorption of gases and other small molecules in the zeolite and the catalytic behavior of the zeolite. Although many experimental techniques are used to characterize those cations, there are situations in which some of the exchangeable cations can not be located accurately by experimental methods; in these cases, computational studies by Molecular Dynamics (MD) simulations are very useful to help elucidate the location of the exchangeable cations in the zeolitic structure and its respective mobilities. In this work, we carried out molecular dynamics simulations of the zeolites NaX and BaX in the rigid matrix approximation and considering the vibration of the matrix atoms with the intention to analyze the influence of the vibration of the zeolitic matrix in the determination of several properties of the system, such as the location of the exchangeable cations and the absorption spectra of these cations in the far infrared region. Zeolite NaX was chosen because it is the precursor of almost all other type-X zeolites, so there are many experimental studies about it in the literature; zeolite BaX is important because barium faujasites are used in the industry in the separation process of aromatic molecules, such as xylenes