Catalisadores zeolíticos anfifílicos e tratados mecanoquimicamente para reações com moléculas volumosas em sistemas imiscíveis - Lima, Diego Sarmento Duncan [UNESP] (2023)
A aplicação zeolítica em processos de valorização da biomassa enfrenta alguns desafios. Entre eles está a dificuldade do acesso de moléculas volumosas ao interior dos microporos e o impacto do meio aquoso sobre a estrutura e reatividade dos catalisadores. Ademais, numa perspectiva solvent-free, é incentivada a redução de solventes aplicados nas reações bifásicas, as quais são recorrentes nas rotas de aprimoramento de moléculas-plataforma. Posto isso, catalisadores microporosos MCM-22 e ZSM-5 e o catalisador hierárquico ITQ-2 foram funcionalizados com dodeciltrietoxissilano e aplicados à reação de cetalização do glicerol com acetona a fim de avaliar os efeitos catalíticos promovidos a partir do ajuste de propriedades, como acessibilidade, acidez e hidrofilicidade/hidrofobicidade. Além disso, os catalisadores ZSM-5 e MCM-22(P) foram aplicados ao tratamento com moinho de bolas e/ou vibratório com o objetivo de avaliar os efeitos mecanoquímicos sobre as suas propriedades e seu desempenho catalítico. Os resultados indicaram que os catalisadores funcionalizados apresentaram maior desempenho catalítico, principalmente, durante o estado bifásico da reação, do que os não-funcionalizados em virtude da anfifilicidade promovida. Assim, minimizou-se a solvatação de sítios ácidos por moléculas de água e garantiu o maior contato entre moléculas do reagente. Quanto ao tratamento mecânico, os catalisadores de estrutura MWW apresentaram desprezíveis efeitos sobre a catálise. No entanto, mudanças estruturais e texturais foram perceptíveis no catalisador. Em relação ao material ZSM-5, este apresentou atividade catalítica ótima após 1 h de tratamento mecânico, o que levou a uma diminuição do tamanho de partícula e aumento da área externa, tornando seus sítios ácidos mais acessíveis aos reagentes. Já o catalisador tratado por mais tempo, 8 h, teve sua atividade catalítica reduzida em virtude do processo de amorfização do catalisador. Aplicaram-se diversas técnicas de caracterização a fim de acompanhar a evolução das propriedades zeolíticas, entre elas se encontram: análise termogravimétrica, difração de raios-X, espalhamento de raios-X a baixo ângulo, espectroscopia no infravermelho, fisissorção de nitrogênio, fluorescência de raios-X, microscopia eletrônica de varredura e ressonância magnética nuclear de 27Al.