Otimização das condições reacionais do processo catalítico de oxidação seletiva da anilina a nitrosobenzeno empregando bastões de polioxoniobato contendo cobre.

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2022
Autor(a) principal: Luz, Sulusmon Cesar
Orientador(a): Fajardo, Humberto Vieira
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Não Informado pela instituição
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Polioxoniobatos
Método hidrotermal assistido por micro-ondas
Oxidação da Anilina
Quimiometria
Link de acesso: http://www.repositorio.ufop.br/jspui/handle/123456789/15166
Resumo: Programa de Pós-Graduação em Química. Departamento de Química, Instituto de Ciências Exatas e Biológicas, Universidade Federal de Ouro Preto.
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spelling Luz, Sulusmon CesarFajardo, Humberto VieiraRodrigues, Thenner SilvaLobo, Fabiana AparecidaFajardo, Humberto Vieira2022-08-24T20:13:20Z2022-08-24T20:13:20Z2022LUZ, Sulusmon César. Otimização das condições reacionais do processo catalítico de oxidação seletiva da anilina a nitrosobenzeno empregando bastões de polioxoniobato contendo cobre. 2022. 85 f. Dissertação (Mestrado em Química) - Instituto de Ciências Exatas e Biológicas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2022.http://www.repositorio.ufop.br/jspui/handle/123456789/15166Programa de Pós-Graduação em Química. Departamento de Química, Instituto de Ciências Exatas e Biológicas, Universidade Federal de Ouro Preto.O presente estudo fornece uma abordagem acerca da aplicação de uma classe de materiais, denominados polioxometalatos, em especial os isopoliânions, estruturados na forma do tipo Lindqvist, possuindo em sua composição química o elemento Nióbio (metal de transição em seu estado de oxidação 5+). Os catalisadores foram sintetizados pela rota de coprecipitação e posteriormente tratados hidrotermicamente, assistidos por irradiação de micro-ondas, em diferentes condições de temperatura e tempo. Os materiais obtidos foram avaliados como catalisadores heterogêneos frente a reação de oxidação da anilina em fase líquida, buscando- se a obtenção seletiva de nitrosobenzeno. A oxidação da anilina em seus respectivos produtos derivados, tais como fenilhidroxilamina, nitrosobenzeno, nitrobenzeno, azobenzeno e azoxibenzeno, gera insumos de excepcional valor agregado e diferentes aplicações no contexto das indústrias químicas, petroquímicas, farmacêuticas, dentre outras. Apesar de um amplo acervo a respeito das aplicabilidades de polioxometalatos encontrados na literatura científica, poucos são os estudos centrados na aplicação destes em reações de substratos orgânicos e seus derivados, particularmente em reações envolvendo as arilaminas. Perante essa premissa, nesse trabalho são apresentados os resultados dos ensaios catalíticos realizados com o objetivo de avaliar preliminarmente o método de síntese dos catalisadores empregado; eficiência dos catalisadores frente a reação de oxidação da anilina, empregando-se como agente oxidante o peróxido de hidrogênio; correlação entre a morfologia do material e a capacidade de conversão do substrato e a seletividade aos produtos derivados. Paralelamente, foi empregado um estudo multivariado com 5 variáveis independentes (tipo do catalisador, volume do agente oxidante, tempo da reação, temperatura de reação e solvente), condições reacionais utilizadas na reação proposta, com o intuito de otimizar o processo através do conhecimento das variáveis que influenciaram diretamente na conversão do substrato e seletividade aos produtos. Empregou-se um planejamento fracionário 25-1 no processo de experimentação de triagem, para a seleção do catalisador, com relação a conversão da anilina como variável dependente e após a seleção das variáveis significativas ao sistema químico em estudo, foi utilizado um planejamento experimental do tipo Doehlert que objetivou a obtenção dos coeficientes significativos e proposição do modelo (linear ou quadrático) que se ajustava ao sistema. De posse dessas informações, foi possível determinar a região ótima de trabalho, através da Metodologia de Superfície de Resposta, obtendo-se deste modo os valores das respectivas variáveis que encaminhavam para a maximização da conversão. O processo de síntese utilizado mostrou-se extremamente eficiente na obtenção de bastões de polioxoniobatos em tempos (10, 20 e 30 minutos) e temperatura (80 a 150oC) relativamente baixos. Em geral, os catalisadores desenvolvidos possuíram potencial para aplicações catalíticas, obtendo-se uma conversão máxima de 97,3% da anilina com 88,9% seletividade para nitrosobenzeno. Para a análise da quantificação das amostras dos ensaios catalíticos deste estudo foi utilizada a técnica de cromatografia gasosa, onde foram feitas as devidas curvas de calibração com as respectivas soluções padrão necessárias para identificação e quantificação dos produtos. Para a caracterização e estudo das propriedades físico-químicas dos materiais catalíticos obtidos foram empregadas as seguintes técnicas: Difração de Raios-X, Espectroscopia de Infravermelho por transformada de Fourier, Microscopia Eletrônica de Transmissão de Alta Resolução, Microscopia Eletrônica de Varredura, Espectroscopia de Refletância Difusa, Espectrometria de Absorção Atômica, Dessorção a Temperatura Programada de Amônia e Oxidação a Temperatura Programada empregando oxigênio.The present study provides an approach to the application of a class of materials, called polyoxometalates, especially isopolyanions, structured in the form of the Lindqvist type, having in its chemical composition the element Niobium (transition metal in its oxidation state 5+). The catalysts were synthesized by the coprecipitation route and subsequently hydrothermally treated, assisted by microwave irradiation, under different conditions of temperature and time. The materials obtained were evaluated as heterogeneous catalysts in the reaction of aniline oxidation in liquid phase, seeking to selectively obtain nitrosobenzene. he oxidation of aniline in its derivative products, such as phenylhydroxylamine, nitrosobenzene, nitrobenzene, azobenzene and azoxybenzene, generates inputs of exceptional added value and different applications in the context of the chemical, petrochemical and pharmaceutical industries, among others. Despite a wide collection regarding the applicability of polyoxometalates found in the scientific literature, there are few studies focused on their application in reactions of organic substrates and their derivatives, particularly in reactions involving arylamines. In view of this premise, this work presents the results of the catalytic tests carried out with the objective of preliminarily evaluating the method of synthesis of the catalysts used; efficiency of the catalysts against the aniline oxidation reaction, using hydrogen peroxide as the oxidizing agent; correlation between material morphology and substrate conversion capacity and selectivity to derived products. In parallel, a multivariate study was used with 5 independent variables (catalyst type, oxidizing agent volume, reaction time, reaction temperature and solvent), reaction conditions used in the proposed reaction, in order to optimize the process through knowledge of the variables that directly influenced substrate conversion and product selectivity. A 25-1 fractional design was used in the screening experimentation process, for the selection of the catalyst, regarding the conversion of aniline as a dependent variable and after the selection of the significant variables to the chemical system under study, an experimental design of the Doehlert type that aimed to obtain significant coefficients and proposition of the model (linear or quadratic) that fit the system. With this information, it was possible to determine the optimal working region, through the Response Surface Methodology, thus obtaining the values of the respective variables that led to the maximization of the conversion. The synthesis process used proved to be extremely efficient in obtaining polyoxoniobate rods in relatively low times (10, 20 and 30 minutes) and temperature (80 to 150 oC). In general, the developed catalysts had potential for catalytic applications, obtaining a maximum conversion of 97,3% of aniline with 88,9% selectivity for nitrosobenzene. For the analysis of the quantification of the samples of the catalytic tests of this study, the technique of gas chromatography was used, where the appropriate calibration curves were made with the respective standard solutions necessary for identification and quantification of the products. For the characterization and study of the physicochemical properties of the catalytic materials obtained, the following techniques were used: X-Ray Diffraction, Fourier Transform Infrared Spectroscopy, High Resolution Transmission Electron Microscopy, Scanning Electron Microscopy, Reflectance Spectroscopy Diffuse, Atomic Absorption Spectrometry, Temperature Programmed Ammonia Desorption and Temperature Programmed Oxidation employing oxygen.http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/us/Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo(a) autor(a) em 18/08/2022 com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 4.0 que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho, desde que sejam citados o autor e o licenciante.info:eu-repo/semantics/openAccessPolioxoniobatosMétodo hidrotermal assistido por micro-ondasOxidação da AnilinaQuimiometriaOtimização das condições reacionais do processo catalítico de oxidação seletiva da anilina a nitrosobenzeno empregando bastões de polioxoniobato contendo cobre.info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisporreponame:Repositório Institucional da UFOPinstname:Universidade Federal de Ouro Preto (UFOP)instacron:UFOPORIGINALDISSERTAÇÃO_OtimizaçãoCondiçõsRacionais.pdfDISSERTAÇÃO_OtimizaçãoCondiçõsRacionais.pdfapplication/pdf3218576https://www.repositorio.ufop.br/bitstreams/f8e555a3-fc02-44bd-964a-f05f4dc8c7bb/downloadd7c5adc7008b3ac8085d5cccae939864MD51trueAnonymousREADCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; 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