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http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/22248
Tipo do documento: | Dissertação |
Título: | Estudo do uso de estanhas sulfatadas como catalisadores ácidos para produção de bioaditivo de diesel |
Título(s) alternativo(s): | Study of the use of sulfated tin as acid catalysts for the production of diesel bioadditive |
Autor: | Silva, Rayanne Cugler da |
Primeiro orientador: | Rocha, Angela Sanches |
Primeiro membro da banca: | Soares, André Von-Held |
Segundo membro da banca: | Senra, Jaqueline Dias |
Resumo: | A biomassa pode ser processada para obtenção de inúmeros insumos de interesse, o que inclui os combustíveis, o que é particularmente interessante por ser renovável. Dentre os métodos de processamento da biomassa mais utilizados está a hidrólise ácida, que gera algumas moléculas plataforma que podem ser convertidas em outras substâncias. Uma dessas moléculas é o ácido levulínico, que pode ser convertido cataliticamente em levulinato de etila, que é um aditivo oxigenado que pode ser misturado ao diesel, melhorando o seu ponto de fulgor e diminuindo as emissões de enxofre pela sua queima. A reação de esterificação de ácidos carboxílicos geralmente ocorre na presença de catalisadores ácidos e, como os ácidos minerais homogêneos têm sido substituídos por sólidos, como HCl e H2SO4, vários materiais ácidos vêm sendo estudados nesta reação. Dentre estes catalisadores heterogêneos é possível destacar os óxidos sulfatados, que são classificados como superácidos, por apresentarem elevada acides. Destaca-se a estanha sulfatada, pois em estudos anteriores este tipo de materiais apresentou elevada atividade, mas todos sulfatados por método de tratamento usando excesso de solução sofriam desativação na esterificação do ácido levulínico com etanol em fase líquida. Nesta perspectiva, o objetivo deste trabalho foi sintetizar estanhas sulfatadas por impregnação ao ponto úmido sob diferentes condições, caracterizar os materiais obtidos e avaliá-los na esterificação do ácido levulínico com etanol a 70 °C, pressão atmosférica, 2,5% em massa de sólido e razão molar etanol: ácido de 5:1, em reator batelada. Os métodos de caracterização utilizados foram análise textural, difração de raios X, FTIR, análise elementar e TPD de NH3. Quatro sólidos sulfatados por impregnação foram avaliados, além de um por tratamento usado como referência e outro de estanha pura. Verificou-se que as estanhas sulfatadas com teores nominais de 2,5 e 5% de enxofre apresentaram cristalinidade típica da cassiterita, e valores de área específica e acidez maiores do que a estanha pura. Estes resultados explicam a maior atividades dos materiais sulfatados que o óxido puro. Os espectros de FTIR indicam a presença de diferentes espécies sulfato nos sólidos sulfatados e os materiais mais ativos apresentam bandas compatíveis com espécies monodentadas deste grupo. Os três catalisadores mais ativos foram submetidos ao reuso, apresentando desativação, mas o catalisador obtido por impregnação usando ácido sulfúrico com maior teor de sulfato foi o que sofreu menor redução de atividade. As análises de caracterização dos catalisadores usados indicaram diminuição do tero de enxofre, indicando lixiviação dos grupos sulfato superficiais, apesar das propriedades texturais terem sido preservadas. |
Abstract: | Biomass can be processed to obtain numerous inputs of interest, including fuels, which is particularly interesting because it is renewable. Among the most used biomass processing methods is acid hydrolysis, which generates some platform molecules that can be converted into other substances. One of these molecules is levulinic acid, which can be catalytically converted into ethyl levulinate, which is an oxygenated additive that can be mixed with diesel, improving its flash point and reducing sulfur emissions from burning it. The esterification reaction of carboxylic acids usually occurs in the presence of acid catalysts and, as homogeneous mineral acids have been replaced by solids, such as HCl and H2SO4, several acidic materials have been studied in this reaction. Among these heterogeneous catalysts, it is possible to highlight the sulfated oxides, which are classified as superacids, due to their high acidity. Sulphated tin stands out, as in previous studies this type of material showed high activity, but all sulfated by treatment method using excess solution suffered deactivation in the esterification of levulinic acid with ethanol in liquid phase. In this perspective, the objective of this work was to synthesize sulfated tins by wet-spot impregnation under different conditions, to characterize the materials obtained and to evaluate them in the esterification of levulinic acid with ethanol at 70 °C, atmospheric pressure, 2.5% by mass of solid and ethanol: acid molar ratio of 5:1, in a batch reactor. The characterization methods used were textural analysis, X-ray diffraction, FTIR, elemental analysis and NH3 TPD. Four sulfated solids per impregnation were evaluated, in addition to one per treatment used as a reference and another of pure tin. It was found that sulfated tin with nominal contents of 2.5 and 5% of sulfur showed typical cassiterite crystallinity, and specific area and acidity values greater than pure tin. These results explain the higher activities of sulfated materials than the pure oxide. FTIR spectra indicate the presence of different sulfate species in sulfated solids and the most active materials show bands compatible with monodentate species of this group. The three most active catalysts were submitted to reuse, showing deactivation, but the catalyst obtained by impregnation using sulfuric acid with a higher sulfate content was the one that suffered the smallest reduction in activity. The characterization analyzes of the catalysts used indicated a decrease in the sulfur content, indicating leaching of the surface sulfate groups, although the textural properties were preserved. |
Palavras-chave: | Ácido levulínico Esterificação Levulinato de etila Biodiesel Levulinic acid Esterification Ethyl levulinate |
Área(s) do CNPq: | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA ANALITICA::ANALISE DE TRACOS E QUIMICA AMBIENTAL |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Instituição: | Universidade do Estado do Rio de Janeiro |
Sigla da instituição: | UERJ |
Departamento: | Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto de Química |
Programa: | Programa de Pós-Graduação em Química |
Citação: | SILVA, Rayanne Cugler da. Estudo do uso de estanhas sulfatadas como catalisadores ácidos para produção de bioaditivo de diesel. 2023. 77 f. Dissertação (Mestrado em Química) - Instituto de Química, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2023. |
Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
URI: | http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/22248 |
Data de defesa: | 7-Jun-2023 |
Aparece nas coleções: | Mestrado em Química |
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