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Tipo: TCC
Título: Óxidos binários à base de alumina com elevadas propriedades texturais aplicados na esterificação do glicerol
Autor(es): Carmo, José Vitor Costa do
Orientador: Oliveira, Alcineia Conceição
Palavras-chave: Óxidos binários;Porosidade;Glicerol;Sol-gel;Esterificação
Data do documento: 2020
Citação: CARMO, José Vitor Costa do. Óxidos binários à base de alumina com elevadas propriedades texturais aplicados na esterificação do glicerol. 2020. 61 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Química Bacharelado) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2020.
Resumo: Óxidos porosos contendo alumínio foram sintetizados com êxito via método sol-gel. Esta rota de síntese envolveu o uso dos precursores brometo de cetiltrimetilamônio como surfactante catiônico e dos alcóxidos inorgânicos de titânio e silício para produzir os óxidos binários TiO2-Al2O3 e SiO2-Al2O3 como-sintetizados. Após calcinação, os sólidos apresentaram poros nas regiões de micro e principalmente mesoporos. Com fins de aumentar a porosidade, foi usado polivinilpirrolidona como um expansor de tamanho de micela durante o processo de síntese, permitindo o controle da porosidade. Os sólidos sintetizados foram caracterizados por técnicas físico-químicas apropriadas como Difração de Raios-X (DRX), Espectroscopia na região do Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR), Microscopia Eletrônica de Varredura acoplada a Espectroscopia de Raios-X por dispersão de energia (MEV-EDS), isotermas de adsorção de N2 e Dessorção Termoprogramada de amônia (TPD-NH3). O desempenho catalítico foi avaliado na reação de esterificação do glicerol na presença de ácido acético (EG) para produzir ésteres de glicerol, tais como: mono, di e triacetina. O desempenho catalítico dos sólidos obtidos foi investigado e discutido em termos de comparação com o da γ-Al2O3 porosa. Caracterizações estruturais por DRX revelaram que os materiais contendo Si são amorfos, enquanto que os sólidos à base de Ti são semi-cristalinos, compostos pelas fases TiO2 rutilo, TiO2 anatase e γ-Al2O3. Antes da calcinação, os sólidos obtidos apresentaram baixas propriedades texturais devido à oclusão dos poros pelos surfactantes e compostos orgânicos, como observado pela técnica de FTIR. Por outro lado, os óxidos binários TiO2-Al2O3 e SiO2-Al2O3 calcinados exibiram mesoporos, especialmente para aqueles que foram expandidos com polivinilpirrolidona que mostraram uma estrutura de poros ordenada com interconectividade entre esses poros. Entre os catalisadores, os sólidos como-sintetizados apresentaram baixo desempenho catalítico na reação de EG a 80 ºC e uma razão molar de glycerol para ácido acético de 1:1 por 6h sob velocidade de agitação de 370 rpm. A estrutura meso-macroporosa dos sólidos calcinados exibiu melhores desempenhos catalíticos na reação com conversão de até 40% e a formação de ésteres de glicerol. Além disso, as características porosas e ácidas dos catalisadores à base de Ti desempenham um papel essencial em termos de alcançar atividade catalítica e seletividade superiores em relação à triacetina, em comparação com o catalisador de referência γ-Al2O3.
Abstract: The synthesis of aluminum-containing porous oxides has been achieved by the sol-gel method. This synthetic route involved the use of the cetyltrimethylammonium bromide as cationic surfactant and inorganic titanium and silicon alkoxides precursors to produce the as-synthesized TiO2-Al2O3 and SiO2-Al2O3 binary oxides. After calcination procedures, the solids had elevated textural properties with pores in the micro and mainly mesopores regions. To increase the porosity, polyvinylpyrrolidone micelle size expander was used during the step synthesis route enabling the adjustment control of the porosity. All solids were characterized by appropriate physicochemical characterizations such as X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, Scanning Electron Microscopy coupled to Energy-dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDS) analyses, N2 adsorption isotherms and Temperature-programmed desorption with ammonia (NH3-TPD). The catalytic performance was through the esterification of glycerol in the presence of acetic acid (EG) reaction to produce esters of glycerol such as mono, di and triacetin. The catalytic evaluation of the solids obtained have been investigated and discussed in terms of comparison with those of porous Al2O3. Structural characterizations by XRD revealed that the Si-containing materials are amorphous whereas the Ti-based solids are semi-crystalline with the latter composed of TiO2 rutile, TiO2 anatase, γ-Al2O3 phases. The as-synthesized solids had low textural properties due to the surfactant and organic compounds pore occlusions, as observed by FTIR analyses. Contrary to the other solids, the calcined TiO2-Al2O3 and SiO2-Al2O3 binary oxides exhibited mesopores, especially for those expanded with polyvinylpyrrolidone that showed an ordered porous structure with interconnectivity between these pores. Among all the catalysts, the as-synthesized solids demonstrated very low performance in the EG reaction at 80 °C and glycerol to acetic acid molar ratio of 1:1 for 6h under stirring speed of 370 rpm. The meso-macroporous of the calcined solids depicted best performances in the reaction with the conversion up to 40% and the formation of the glycerol esters. Moreover, the porosity and acidic features of Ti-based catalysts play an essential role in terms of achieving superior catalytic activity and selectivity towards triacetin, in comparison to the benchmark γ-Al2O3 catalyst.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/55582
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