Síntese e caracterização da estrutura metal orgânica uio-66 superácida e sua aplicação em catálise para a produção de ésteres etílicos de ácidos graxos

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Bento, Ivan Edimar
• Orientador(a): Berezuk, Marcio Eduardo
• Banca de defesa: Berezuk, Marcio Eduardo , Gomes, Maria Carolina Sergi , Moises, Murilo Pereira , Arroyo, Pedro Augusto , Samulewski, Rafael Block
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Tecnológica Federal do Paraná; Apucarana
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Catálise; Biocombustíveis; Biodiesel; Catalysis; Biomass energy; Biodiesel fuels
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
• Link de acesso: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/29414

Diante da necessidade do desenvolvimento de tecnologias para biocombustíveis, este trabalho tem como objetivo geral a síntese das estruturas e avaliação do comportameto catalítico das Estruturas Metal-Orgânicas (MOFs) UiO-66 em reações de esterificação/transesterificação do óleo degomado de soja com álcool etílico. O desenvolvimento do trabalho consistiu na síntese e caracterização da estrutura metal orgânica UiO-66 de forma original e contendo modificações pós-síntese para o aumento de sua acidez superficial e a aplicação destes materiais na catálise ácida para produção de ésteres etílicos de ácidos graxos. Foi realizada a síntese da estrutura metalorgânica UiO-66 via solvotérmica e as modificações ácidas pós-síntese foram realizadas por reações de sulfatação. Foram realizados três procedimentos: aquecimento a 150 ºC e dois processos de sulfatação em concentrações distintas de solução contendo ácido sulfúrico. Os materiais foram caracterizados por análise de Espectroscopia no Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR), Difratometria de Raios X (DRX), Fluorescência de Raios X (FRX), Adsorção/Dessorção de Nitrogênio (BET), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV–EDS) e Acidez Aparente (pH). A síntese da UiO-66 obteve 86% de rendimento em relação à estequiometria teórica. A espectroscopia na região infravermelho forneceu informações a respeito das principais características de ligações químicas entre a parte orgânica do ácido tereftálico com os núcleos contendo a zircônia. A avalição pelo ensaio de DRX indicou a presença de sinais característicos à estrutura UiO-66, porém, a adição de ácido sulfúrico na etapa de sulfatação gerou importantes modificações cristalinas em sua estrutura. A análise de FRX forneceu informações sobre os teores de óxidos dos metais e de íons sulfato presente nas amostras analisadas. A análise de Adsorção/Dessorção de Nitrogênio (BET) constatou que a estrutura UiO-66 original possui área específica conforme a descrita na literatura que dependendo do método de síntese pode oscilar ente 800 a 1200 m2 g-1. As modificações pós-síntese reduziram esta área específica nas estruturas sulfatadas. Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV–EDS) forneceu uma avaliação visual das principais modificações cristalinas e com a técnica de EDS acoplada ao (MEV) foi possível somar com as análises de (FRX) e (FTIR) e observar a inserção dos íons sulfato nas estruturas modificadas. Com ensaio de Acidez Aparente (pH) foi constatado que, com a inserção de íons sulfato na estrutura, o pH reduzia o seu valor e este comportamento conferia uma acidez maior à estrutura analisada. Após a caracterização do material e seguindo um planejamento experimental 23 com composto central centrado na face, foram executadas as reações de esterificação/transesterificação do óleo de soja degomado, com o objetivo de determinar melhores condições reacionais. Com o auxilio da análise estatística foi determinado o catalisador de melhor desempenho e as melhores condições reacionais para o estudo de reúso do catalisador, atingindo um rendimento em ésteres etílicos de até 95 % com a estrutura UiO-66-S35 e mantendo o catalisador ativo por três ciclos