Síntese de catalisadores de ácido fosfotúngstico suportado em nanopartículas magnéticas para aplicação em reação de esterificação

Abstract

A síntese e caracterização de catalisadores heterogêneos de heteropoliácidos do tipo Keggin suportados em nanopartículas magnéticas (NPM) a base de ferro, tais como a magnetita, têm sido uma alternativa interessante dentro dos pilares da Química verde. No presente trabalho, primeiramente a magnetita foi sintetizada pelo processo de coprecipitação dos precursores Fe(III) e Fe(II) em meio alcalino amoniacal, sob refluxo. A fim de observar a reprodutibilidade da preparação, o método foi realizado em triplicata, mostrando que a metodologia é adequada para a síntese da magnetita com alta aproximação entre os domínios cristalinos. Para manter o material estável em condições reacionais específicas, foi revestido com uma proporção específica de tetraetilortosilicato (TEOS) pelo método Sol-Gel, sendo a amostra denominada NPM@SiO2. A proporção real de sílica agregada à magnetita (13% m/m) foi analisada por espectrometria de fluorescência de Raios X por energia dispersiva (FRX/EDX). A esse suporte foi adicionado o ácido 12-tungstofosfórico, pelo método de impregnação incipiente e então, os materiais X%HPW/NMP@SiO2 foram caracterizados por: Difração de Raios X (DRX), Espectroscopia na Região do Infravermelho com Transformada de Fourier (FT-IR), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET), Análise Textural por Adsorção-Dessorção de Nitrogênio e Adsorção/dessorção gasosa de piridina (Py-TPD). Por fim, as atividades catalíticas desses materiais sintetizados foram avaliadas utilizando uma reação de esterificação do ácido oleico com etanol. Os resultados indicaram que os catalisadores sintetizados mantiveram as características estruturais e magnéticas das NPM@SiO2 e uma boa dispersão e estabilidade do HPW em sua superfície. Na reação modelo foram observadas alta atividade e seletividade (100%) com rendimentos de 98, 66 e 54% de oleato de etila quando foi usado 30, 20 e 10% HPW/NPM@SiO2, respectivamente, para um tempo de reação de uma hora e uma razão molar de ácido para etanol de 1: 6. Nenhuma lixiviação da fase ativa foi detectada (por UV-Vis espectrofotometria) até quatro ciclos da reação usando o melhor catalisador (30% HPW/NPM@SiO2).