Desenvolvimento de catalisadores para a utilização em química industrial

Abstract

A procura de novos catalisadores ácidos heterogêneos tem se tornado um ponto primordial na pesquisa científica. Essa tese objetivou sintetizar, caracterizar e aplicar catalisadores ácidos heterogêneos em reações de utilização industrial. Os catalisadores sintetizados foram MCM-41, Al-MCM-41, 2-40%HPW/MCM-41, 10 e 20%HPW/Al-MCM-41 e HPW/MCM-41 em síntese direta. As duas reações industriais escolhidas foram reação de ciclização intramolecular do (+)-citronelal e reação de esterificação do ácido oléico com etanol. A peneira molecular MCM-41 foi sintetizada a partir do método de coprecipitação e caracterizada por diversas técnicas, as quais permitiram a obtenção de um material mesoporoso bem definido. A caracterização ácida dessa peneira evidenciou que a MCM-41 possui somente sítios de ligação hidrogênio. Após a inserção de alumínio na estrutura da MCM-41, Al-MCM-41, pode-se observar uma melhora na acidez desse material com a presença de dois tipos de sítios: Brønsted e ligação hidrogênio. Os catalisadores 2-40%HPW/MCM-41 foram obtidos por meio de impregnação aquosa e todas as amostras apresentaram mudanças nos planos relacionados ao ordenamento de longo alcance da peneira molecular. As análises das propriedades texturais evidenciaram que o HPW pode estar dentro ou na superfície da peneira, originando novos sítios nesses catalisadores. Os dois materiais contendo HPW/Al-MCM-41 também mostraram características importantes de materiais mesoporosos. Os resultados da reação de ciclização do (+)-citronelal apresentaram valores de conversão e seletividade variando de 35-100% e de 37-79%, respectivamente, para 3 h de reação. O melhor catalisador foi a amostra 20%HPW/MCM-41 com o melhor tempo reacional de 60 min. O estudo da desativação catalítica mostrou uma redução de 25% na conversão do (+)-citronelal e somente 13% na seletividade para o (-)-isopulegol após quatro ciclos. Os resultados mostrados na reação de esterificação do ácido oléico com etanol evidenciaram valores próximos para os catalisadores 20%HPW/MCM-41 (79%) e 20%WO3/USY (78%), devido a melhora na distribuição dos sítios ácidos desses materiais O catalisador HPW/MCM-41-sd mostrou características parecidas com os materiais impregnados após 7 dias de síntese. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT

The search for development of new acid catalyst has become a crucial point on scientific research. The present thesis had as general goal to synthesize, characterize and apply heterogeneous acid catalysts on chosen industrial reactions. The synthesized catalysts were MCM-41, Al-MCM-41, 2-40%HPW/MCM-41, 10 and 20%HPW/Al-MCM- 41 and HPW/MCM-41 by direct synthesis. The chosen industrial reactions were Intramolecular cyclization of (+)-citronellal and esterification of oleic acid with ethanol. The MCM-41 molecular sieve was synthesized by coprecipitation method and by a variety of techniques, which enabled it to obtain a well-defined mesoporous material. Acid characterization of this sieve indicated that MCM-41 has only hydrogen bonding sites. After insertion of aluminum on the structure of MCM-41, Al-MCM-41, it was possible to observe an improvement on acidity of this material by the presence of two type sites: Brønsted e hydrogen bonding. The catalysts 2-40%HPW/MCM-41 were obtained by aqueous impregnation and the all samples showed changes on the XRD planes related to the long-range order of molecular sieve. Analysis of textural properties have demonstrated that HPW can be deposited inside or outside of the sieve, creating new sites on these catalysts. The two materials of HPW/Al-MCM-41 also showed important characteristics of mesoporous materials. The results of (+)-citronellal cyclization reaction showed conversion and selectivity values ranging of 35-100% and of 37-79%, respectively, after 3 h. The best catalyst was the sample 20% HPW/MCM-41 with the fastest reaction mixture of 60 min. Catalytic deactivation studies showed a reduction of 25% on (+)-citronellal conversion and only 13% on selectivity for the (-)- isopulegol, after four cycles. The results for the oleic acid esterification using ethanol showed similar values for the catalysts 20%HPW/MCM-41 (79%) e 20%WO3/USY (78%). This fact can be associated to the better distribution of acid sites on these materials. The new synthesized material (HPW/MCM-41-sd) showed similar properties to the impregnated materials after 7 day syntheses.