Avaliação da acessibilidade de sítios catalíticos em resinas sulfonadas de estireno e triacrilato de trimetilolpropano através de modelagem matemática

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: Santos, Luana Oliveira dos
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Catálise; Catalysis; Estireno; Kinetic modeling; Modelagem cinética; Polimerização; Polymeric resins; Polymerization; Resinas poliméricos; Styrene
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/97/97139/tde-27062025-080753/

A indústria química gera um impacto considerável no meio ambiente através do consumo de recursos (materiais e energia). Logo, a otimização dos processos é um dos pilares para potencializar a viabilidade socioeconômica dos processos produtivos. Neste contexto, o estudo de novas resinas catalíticas de troca iônica tem o potencial de gerar um impacto direto na eficiência das reações e nos recursos necessários para promover tais reações. Para garantir a alta eficiência dos processos é primordial promover a acessibilidade aos sítios catalíticos nas resinas de troca iônica. Desta maneira, o presente trabalho visou analisar a acessibilidade dos sítios catalíticos de resinas sulfonadas formadas por estireno STY e triacrilato de trimetilolpropano TMPTA com a finalidade de identificar o impacto da densidade de cross-link em reações de catálise. Para tal, desenvolveu-se um modelo de polimerização com base no método dos momentos com a finalidade de identificar a estrutura polimérica formada em função das frações de segmentos das cadeias. Com base na estrutura polimérica, pode-se correlacionar a densidade de cross-link das cadeias com a acessibilidade da matriz polimérica. Para as reações catalíticas, foram desenvolvidos modelos matemáticos para definir os parâmetros cinéticos e a capacidade de troca iônica efetiva das resinas. O modelo construído para a reação de álcool isoamílico e ácido acético baseou-se em uma reação de segunda ordem reversível. Para a reação de acetilação do glicerol, utilizou-se, como base, uma reação de segunda ordem e avaliou-se um modelo reversível e outro modelo irreversível. Os modelos formados por equações diferenciais ordinárias edos foram solucionados utilizando o software Scilab e validados com dados experimentais adquiridos em trabalhos paralelos de colegas do Laboratório de Modelagem e Síntese de Catalisadores Poliméricos (LMSCP) EEL/USP. Para avaliar os modelos foram utilizados o método dos mínimos quadrados (R2) e critério de informação de Akaike corrigido (AICc). Com base na capacidade de troca iônica das resinas definida nos modelos de catálise, calculou-se a fração de sítios catalíticos inacessíveis (YISU). E, posteriormente, correlacionou-se a densidade de cross-link com YISU através de um modelo linear. Com base nos resultados, o modelo de segunda ordem reversível alcançou um ajuste representativo para a reação entre o ácido acético e o álcool isoamílico (R2 > 0,98). Para a reação de acetilação do glicerol, o modelo de segunda ordem reversível apresentou os resultados mais representativos, conforme indicado pelo AICc. Logo, forneceu um ajuste representativo para os dados experimentais obtendo um R2 > 0,95 para 8 conjuntos de dados. A correlação proposta entre a fração de sítios inacessíveis e a densidade de cross-link indicou que a estrutura da resina de PSTMPTA possui mais sítios inacessíveis se comparada a resinas de PS-DVB. Contudo, a maior polaridade da molécula do TMPTA e a afinidade da matriz polimérica com o meio reacional pode ter favorecido o alargamento da matriz polimérica conforme indicado pelos dados de intumescimento. Logo, os resultados catalíticos da resina de PS-TMPTA se mostraram atrativos, sendo reportado desempenho análogo a resinas comerciais.