Exportar este item: EndNote BibTex

Use este identificador para citar ou linkar para este item: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/22783
Tipo do documento: Dissertação
Título: Oxidação do cicloexeno a ácido adípico com catalisador polioxometalato do tipo Keggin: influência da temperatura de calcinação
Título(s) alternativo(s): Oxidation of cyclohexene to adipic acid with Keggin-type polyoxometalate catalyst: influence of calcination temperature
Autor: Bittencourt, Tamara Rosa da Silva 
Primeiro orientador: Zotin, Fatima Maria Zanon
Segundo orientador: Araujo, Lucia Regina Raddi de
Primeiro membro da banca: Gaspar, Alexandre Barros
Segundo membro da banca: Silva, Adriana Maria da
Terceiro membro da banca: Santos, Luz Amparo Palacio
Quarto membro da banca: Zonetti, Priscila da Costa
Resumo: O ácido hexanodióico, também conhecido como ácido adípico (AA), possui diversas aplicações, tais como: agente plastificante, aditivo alimentar, insumo para produção de Nylon 66, entre outros. Na atualidade, a produção comercial de AA está centrada, principalmente, em três etapas catalíticas distintas em sistema homogêneo. A última etapa do processo ocorre pela oxidação de uma mistura de cicloexanol e cicloexanona (dita KA oil) com HNO3 como agente oxidante. Dessa etapa, podem-se destacar dois pontos críticos: a dificuldade de separação do AA do meio reacional e o desprendimento de N2O, potente gás do efeito estufa, como subproduto do HNO3. Nesse contexto, buscam-se rotas alternativas para a síntese de AA, empregando agente oxidante “verde” em sistema catalítico heterogêneo. A clivagem oxidativa de cicloexeno com catalisador polioxometalato e peróxido de hidrogênio como agente oxidante tem se mostrado eficiente para produção de AA. Compostos com estrutura do tipo Keggin, [PW12O40]3-, são uma opção interessante como catalisador, pois possuem bifuncionalidade, ácida e oxidante, com objetivo de obter bom rendimento em AA na reação de oxidação do cicloexeno em uma etapa. No entanto, devido à sua alta solubilidade em meio reacional (fase aquosa), há o desafio de se preparar catalisadores efetivamente heterogêneos com essa configuração. Sendo assim, a estratégia utilizada para diminuir a solubilidade dos mesmos em meio aquoso foi usar temperaturas de calcinação mais elevadas de forma a sintetizar novos polioxometalatos salinos K3PW12O40 e testá-los na oxidação do cicloexeno a AA. Os catalisadores foram sintetizados a partir do heteropoliácido H3PW12O40 por precipitação com K2CO3, resultando no heteropolissal K3PW12O40. O sólido obtido foi calcinado a 600, 700, 800 e 900°C. Os catalisadores foram caracterizados por TG, DRX, FTIR, análise textural, teste de lixiviação, titulação ácido-base e MEV-EDS. Foi constatado, com auxílio das caracterizações, que o material KPW900 teve a estrutura de Keggin degradada devido à alta temperatura de calcinação. Os resultados de DRX e FTIR mostraram que os heteropolissais preparados mantiveram a estrutura de Keggin intacta, mesmo quando calcinados a 800oC. Entretanto, foi observada diminuição dos sítios ácidos desses catalisadores após calcinação a 600°C ou em temperaturas superiores. Nos testes catalíticos, a diminuição da acidez desses materiais afetou diretamente o desempenho na produção do ácido adípico, tendo em vista que os catalisadores com menor acidez apresentaram menor rendimento a AA em relação ao material que não foi calcinado.
Abstract: Hexanodioic acid, also known as adipic acid (AA), has several applications, such as: plasticizing agent, food additive, input for the production of Nylon 66, among others. Currently, the commercial production of AA is mainly focused on three distinct catalytic steps in a homogeneous system. The last step of the process occurs by oxidizing a mixture of cyclohexanol and cyclohexanone (called KA oil) with HNO3 as the oxidizing agent. From this stage, two critical points can be highlighted: the difficulty of separating AA from the reaction medium and the detachment of N2O, a potent greenhouse gas, as a by-product of HNO3. In this context, alternative routes for the synthesis of AA are sought, employing a "green" oxidizing agent in a heterogeneous catalytic system. The oxidative cleavage of cyclohexene with polyoxometalate catalyst and hydrogen peroxide as oxidizing agent has been shown to be efficient for the production of AA. Compounds with Keggin-type structure, [PW12O40]3-, are an interesting option as a catalyst, because they have bifunctionality, acidic and oxidizing, in order to obtain good yield in AA in the oxidation reaction of cyclohexene in one step. However, due to its high solubility in reaction medium (aqueous phase), there is the challenge of preparing effectively heterogeneous catalysts with this configuration. Thus, the strategy used to decrease their solubility in aqueous medium was to use higher calcination temperatures in order to synthesize new K3PW12O40 saline polyoxometalates and test them in the oxidation of cyclohexene to AA. The catalysts were synthesized from the heteropolyacid H3PW12O40 by precipitation with K2CO3, resulting in the heteropolysal K3PW12O40. The solid obtained was calcined at 600, 700, 800 and 900°C. The catalysts were characterized by TG, DRX, FTIR, textural analysis, leaching test, acid-base titration and SEM-EDS. It was verified, with the aid of characterizations, that the material KPW900 had the Keggin structure degraded due to the high calcination temperature. The XRD and FTIR results showed that the prepared heteropolysals kept the Keggin structure intact, even when calcined at 800oC. However, a decrease in the acid sites of these catalysts was observed after calcination at 600°C or at higher temperatures. In the catalytic tests, the decrease in the acidity of these materials directly affected the performance in the production of adipic acid, considering that the catalysts with lower acidity presented lower yield to AA in relation to the material that was not calcined.
Palavras-chave: Àcido adípico
Cicloexeno
Oxidação
Polioxometalato
Calcinação
Solubilização
Catalisadores
Adipic acid
Cyclohexene
Oxidation
Polyoxometalate
Calcination
Solubilization
Área(s) do CNPq: ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA
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 Engenharia Química
Citação: BITTENCOURT, Tamara Rosa da Silva. Oxidação do cicloexeno a ácido adípico com catalisador polioxometalato do tipo Keggin: influência da temperatura de calcinação. 2023. 93 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia 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/1/22783
Data de defesa: 19-Jun-2023
Aparece nas coleções:Mestrado em Engenharia Química

Arquivos associados a este item:
Arquivo Descrição TamanhoFormato 
Dissertação - Tamara Rosa da Silva Bittencourt - 2023 - Completa.pdf3,38 MBAdobe PDFBaixar/Abrir Pré-Visualizar


Os itens no repositório estão protegidos por copyright, com todos os direitos reservados, salvo quando é indicado o contrário.