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Type: Tese
Title: Síntese e caracterização de catalisadores sulfonados suportados em carbono ativado e sílica mesoporosa para o processo de obtenção de biolubrificantes
Authors: Ferreira, Aurelia Retiella Oliveira
Advisor: Luna, Francisco Murilo Tavares de
Co-advisor: Cavalcante Júnior, Célio Loureiro
Keywords: Catalisadores heterogêneos;Ácido oleico;Iolubrificante
Issue Date: 2020
Citation: FERREIRA, Aurelia Retiella Oliveira. Síntese e caracterização de catalisadores sulfonados suportados em carbono ativado e sílica mesoporosa para o processo de obtenção de biolubrificantes. 2020. 81 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) – Universidade Federal do Ceará, Centro de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Fortaleza,2020.
Abstract in Brazilian Portuguese: Ao longo dos anos, catalisadores homogêneos ácidos têm sido usados em reações de esterificação de ácidos graxos, visando altas conversões. Todavia, catalisadores desse tipo acarretam algumas desvantagens em sua utilização como, grandes quantidades de água residual, problemas de corrosão no reator e a impossibilidade de reutilização dos catalisadores homogêneos. Numa tentativa de converter esses pontos negativos em positivos, os catalisadores heterogêneos ácidos ganham espaço. Muitos pesquisadores sintetizam e funcionalizam esses catalisadores visando alto desempenho, principalmente no que se refere à estabilidade térmica e catalítica, boa seletividade e reutilização do material. Assim neste trabalho, a síntese e caracterização de catalisadores sulfonados (a base de carbono e sílica) foram realizadas visando a aplicação em reações de esterificação utilizando álcoois de cadeia longa (octanol, 2-etilhexanol e o trimetilolpropano). O ácido oleico foi utilizado como ácido graxo modelo. O carbono comercial NORIT PLUS 1240 foi modificado com ácido sulfúrico em três diferentes temperaturas, 100, 150 e 200 ºC nomeadas de ACS1, ACS2 e ACS3, respectivamente. O catalisador à base de sílica é a MCM-41 que foi sintetizada e modificada neste trabalho. A funcionalização deste material foi realizada com o organosilano (3-mercaptopropil) trimetoxisilano – MPTS – e posterior oxidação com peróxido de hidrogênio. Os catalisadores foram caracterizados por adsorção/dessorção de N2, difratometria de raio X (DRX), infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), espectroscopia fotoeletrônica de raio X (XPS), termogravimetria (TG/DTG), microscopia eletrônica de varredura e de transmissão (MEV e MET). Todos os catalisadores foram aplicados na reação de esterificação e os produtos foram analisados por ressonância magnética nuclear de hidrogênio (RMN de 1H). As técnicas de caracterização mostraram que todas as funcionalizações foram bem-sucedidas, o XPS apresentou picos na região de 168 eV, região referente aos grupamentos sulfônicos. Os catalisadores quando aplicados na reação de esterificação obtiveram excelente atividades catalíticas com conversão próxima a 100 % do ácido oleico, com ~70 % de seletividade. O ACS1 mostrou melhor desempenho quando comparado com os demais catalisadores, porém quando foi reutilizado a atividade catalítica diminuiu mostrando que o catalisador não é estável frente a vários ciclos de uso. Fazendo uma análise geral deste trabalho, pôde-se de fato sintetizar e funcionalizar os catalisadores, tanto carbonáceos quanto silicatos, e esses materiais se mostraram com excelente atividade catalítica e boa seletividade nos ésteres desejados.
Abstract: Over the years, homogeneous acid catalysts have been used in esterification reactions of fatty acid, aiming at high conversions of these acids. However, this type of catalysts results in some disadvantages in its use such as, large amounts of residual water, corrosion problems in the reactor and the impossibility of reusing homogeneous catalysts. In an attempt to convert these negative points into positives, heterogeneous acid catalysts gain space. Many researchers synthesize and functionalize these catalysts for high performance, especially with regard to thermal and catalytic stability, good selectivity and reuse of the material. Thereby, is this work the synthesis and characterization of sulfonated catalysts (based on carbon and silica) were carried out aiming the application in esterification reactions using long chain alcohols (octanol, 2-ethylhexanol and trimethylolpropane). Oleic acid was used as a model fatty acid. The commercial carbon “NORIT PLUS 1240” was modified with sulfuric acid in three different temperature, 100, 150 and 200 ºC named ACS1, ACS2 e ACS3, respectively. The silica-based catalyst is MCM-41, which was synthesized and modified in this work. The functionalization of this material was performed with organosilane (3-mercaptropopyl)trimethoxysilane – MPTS – and further oxidation with hydrogen peroxide. The catalysts were characterized by N2 adsorption/desorption, X ray diffraction (XRD), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), thermogravimetry (TG/DTG), scanning and transmission electron microscopy (SEM and TEM). All the catalysts were applied into the esterification reaction and the products were analyzed by hydrogen nuclear magnetic resonance (1H NMR). The characterization of the materials showed that all functionalization was successful and it was proved mainly by XPS through the peaks on region of 168 eV, that binding energy is concerning to sulfonic group (SO3H). The catalysts when applied in the esterification reaction, they obtained excellent catalytic activity with conversion close to 100% of the oleic acid and with ~ 70% of selectivity. ACS1 showed better performance when compared to other catalytics, but when it was reused the catalytic activity decreased showing that the catalyst was not stable in several cycles of use. In overview of this work, the synthesis and functionalization of the catalytics were carried out, both carbonaceous and silicate, and these materials displayed an excellent catalytic activity and a great selectivity in the esters desired.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/57065
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