Adsorção de moléculas de glicerol e água em MgO(001)

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Lourenço, Isabelle Cristine Ramos
• Orientador(a): Leitão, Alexandre Amaral
• Banca de defesa: Dias, Luís Gustavo , Oliveira, Luiz FernandoCappa de
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-graduação em Química
• Departamento: ICE – Instituto de Ciências Exatas
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: MgO; DFT; Adsorção; Glicerol; Adsorption; Glycerol
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
• Link de acesso: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/15140

O óxido de magnésio é um material inorgânico que possui diversas aplicações, até mesmo como constituinte de materiais refratários. Esses materiais são capazes de manter as características físico-químicas a elevadas temperaturas, podendo ser empregados em conversores, fornos de refino e navios siderúrgicos. Tijolos de magnésia são um exemplo de material refratário. As indústrias desse ramo relatam que o processo de hidratação dos materiais representa um problema, uma vez que, há o aumento de massa e de volume que provoca a diminuição do prazo de validade do material. Existem estudos experimentais e teóricos sobre o processo de hidratação do MgO, contudo há poucos que buscam a proteção da superfície, alguns agentes anti-hidratação investigados incluem ácido cítrico e ácido tartárico. No mercado brasileiro há um excesso de glicerol devido às reações de transesterificação de óleos vegetais que produzem biodiesel e glicerina. Não é desejável o acúmulo de subproduto, o que justifica a aplicação da matéria-prima em novos processos. Visto isso, no presente trabalho é verificado se a adsorção da molécula de glicerol na superfície MgO (001) é capaz de inibir o processo de hidratação, como foi observado para outras moléculas. O estudo foi realizado por cálculos ab initio baseado na Teoria do Funcional da Densidade (DFT). Na primeira parte foi construído o modelo de superfície MgO (001) e realizadas adsorções de moléculas de glicerol e água, para fins comparativos, sendo calculadas as energias de adsorção, diferença de densidade de cargas ligantes e cargas de Bader. Esses cálculos foram repetidos após adição de uma nova molécula de água aos sistemas iniciais. Por fim, foram realizados cálculos termodinâmicos e CI-NEB para os sistemas de coadsorção. Concluiu-se que a adsorção de uma molécula de glicerol é favorecida em detrimento da adsorção de molécula água. Durante o processo de coadsorção foi observada a migração de próton das moléculas para a superfície. Nesses sistemas, há o predomínio de interações íon-dipolo favoráveis ao abaixamento energético, sendo as energias de adsorção menores do que poderia ser previsto. Na coadsorção de moléculas de água e glicerol foram gerados dois sistemas, em um há a formação do ânion orgânico 2,3- dihidroxipropan-1-olato, MgO (001)−H2O−H + gli− e no segundo, formação de hidróxido, MgO (001)−gli−H + OH− . A protonação do MgO(001) acontece de forma espontânea até 134 K, 240 K e 281 K para MgO (001)−H2O−H + OH− , MgO(001)−H2O−H + gli− e MgO(001)−gli−H + OH− , respectivamente. A cinética evidenciou que só há barreira de ativação considerável para a protonação no sistema MgO (001)−H2O−H + OH− . De forma geral, não é possível afirmar que a presença do glicerol inibe a formação de brucita, entretanto pode ser considerada uma diminuição da taxa de formação de hidróxido.