Produção de compostos de alto valor agregado a partir da eletro-oxidação de glicerol por vias eletroquímicas utilizando nanopartículas de Pt/C decoradas com Ru

A crescente demanda energética deu início a muitas pesquisas referentes às tecnologias de conversão de energia que resultem no mínimo impacto ambiental possível. Dentre essas tecnologias estudadas estão as células a combustível, para as quais os derivados da biomassa aparecem como promissores combus...

Nível de Acesso:openAccess
Publication Date:2018
Main Author: Alencar, Leticia Machado lattes
Orientador/a: Martins, Cauê Alves lattes
Banca: Souza, Victor Hugo Rodrigues de lattes, Fernández, Pablo Sebastián lattes
Format: Dissertação
Language:por
Published: Universidade Federal da Grande Dourados
Programa: Programa de pós-graduação em Química
Department: Faculdade de Ciências Exatas e Tecnologia
Assuntos em Português:
Assuntos em Inglês:
Áreas de Conhecimento:
Online Access:http://repositorio.ufgd.edu.br/jspui/handle/prefix/1167
Citação:ALENCAR, Leticia Machado. Produção de compostos de alto valor agregado a partir da eletro-oxidação de glicerol por vias eletroquímicas utilizando nanopartículas de Pt/C decoradas com Ru. 2018. 60 f. Dissertação (Mestrado em Química) – Faculdade de Ciências Exatas e Tecnologia, Universidade Federal da Grande Dourados, Dourados, MS, 2018.
Resumo Português:A crescente demanda energética deu início a muitas pesquisas referentes às tecnologias de conversão de energia que resultem no mínimo impacto ambiental possível. Dentre essas tecnologias estudadas estão as células a combustível, para as quais os derivados da biomassa aparecem como promissores combustíveis para alimentação do ânodo. Muitas pesquisas mostram o glicerol como um forte candidato a combustível para as células a combustível, visto que sua oxidação completa produz 14 elétrons e é gerado em larga escala como subproduto da produção do biodiesel. O grande desafio é sintetizar catalisadores que possam oxidar a molécula por completo, devido à quebra das ligações C-C ser complexa, acarretando muitas vezes na formação de produtos da oxidação parcial do glicerol, fato este que diminui a eficiência do dispositivo. No entanto, este obstáculo, representa uma oportunidade para a utilização concomitante de glicerol como combustível e para gerar compostos orgânicos com alto valor agregado. Porém, para obter a seletividade dos compostos formados é necessário o controle do ambiente eletroquímico além de conhecer a natureza do catalisador utilizado. Muito esforço tem sido gasto para desenvolver catalisadores multimetálicos na tentativa de aprimorar as propriedades eletrocatalíticas e de sensibilidade. Neste contexto desenvolvemos uma nova estratégia para decorar nanopartículas com ad-átomos, sendo um método rápido, econômico e preciso através do uso de uma célula em configuração wall-jet acoplado a uma micropipeta eletrônica. Utilizando o método desenvolvido, produzimos catalisadores de Ru/Pt/C com diferentes graus de recobrimento. Foi investigada a atividade catalítica e a seletividade frente à reação de eletro-oxidação de glicerol. Através de medidas eletroquímicas identificamos que nanopartículas de Ru/Pt/C com grau de recobrimento intermediário apresentam estabilidade elevada, baixa perda de recobrimento, elevada densidade de corrente e baixo potencial de início da reação. Adicionalmente, a análise dos produtos da eletro-oxidação de glicerol por cromatografia líquida de alta eficiência mostrou que o catalisador pode produzir gliceraldeído, ácido glicólico, ácido fórmico, dihidroxiacetona, ácido mesoxálico e ácido hidroxipirúvico. Dessa forma, concluímos que recobrimentos intermediários de Ru sobre Pt/C facilita a reação de eletro-oxidação de glicerol, mas não apresenta seletividade por via reacional específica.
Resumo inglês:The growing energy demand has initiated many researches on energy conversion technologies that result in the least possible environmental impact. Among these technologies studied are the fuel cells, for which the biomass derivatives appear as promising fuels for anode feed. Many researches show glycerol as a strong candidate as a fuel for fuel cells, since its complete oxidation produces 14 electrons and is generated on a large scale as a by-product of biodiesel production. The great challenge is to synthesize catalysts that can oxidize the molecule completely, since the limited cleavage of the C-C bonds leads to the formation of glycerol partial oxidation products, which decreases the efficiency of the device. However, this obstacle represents an opportunity for the concomitant use of glycerol as fuel and to generate organic compounds with high added value. To obtain selectivity in the glycerol electrooxidation reaction, it is necessary to control the electrochemical environment and to know the characteristics of the catalyst. Much effort has been spent to develop multimetallic catalysts in order to improve the electrocatalytic and selectivity properties. In this context, we developed a new strategy to decorate nanoparticles with ad-atoms based on a cell in wall-jet configuration coupled to an electronic micropipette which is fast, economical and accurate. Using the developed method, we produced Ru/Pt/C catalysts with different coverage degrees. The catalytic activity and the selectivity of the glycerol electro-oxidation reaction were investigated. By using electrochemical measurements, we have determined that Ru/Pt/C nanoparticles with intermediate coverage degrees present high stability, high current density and low onset potential. Additionally, the analysis of glycerol electrooxidation products by high performance liquid chromatography showed that the catalyst can produce glyceraldehyde, glycolic acid, formic acid, dihydroxyacetone, mesoxalic acid and hydroxypyruvic acid. Thus, we concluded that intermediate Ru coverage degrees facilitate the glycerol electrooxidation reaction, but the selectivity seems not affected.