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http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/25203| Tipo do documento: | Dissertação |
| Título: | Estudo exploratório da síntese de catalisadores à base de óxido de nióbio usando surfactantes por rota sol-gel |
| Título(s) alternativo(s): | Exploratory study of the synthesis of niobium oxide-based catalysts using surfactants via the sol-gel route |
| Autor: | Braga, Bruno Matassoli ![]() |
| Primeiro orientador: | Rocha, Angela Sanches |
| Primeiro coorientador: | Rodrigues, Victor Oliveira |
| Primeiro membro da banca: | Simões, Grazieli |
| Segundo membro da banca: | Santos, Luz Amparo Palacio |
| Resumo: | A maioria dos processos industriais para síntese de substâncias químicas passa pelo uso de catalisadores, e a substituição dos catalisadores homogêneos por heterogêneos, que são mais fáceis de serem separados e reutilizados, tem sido uma tendência mundial. Neste contexto, torna-se necessário o desenvolvimento de sólidos com propriedades catalíticas peculiares, e, como o Brasil é o maior produtor mundial de nióbio, desenvolver tecnologia para síntese de catalisadores contendo este elemento é estratégico para a nação. O óxido de nióbio (nióbia) é um sólido ácido, mas o material comercial possui área específica modesta, o que pode limitar seu uso como catalisador. Uma estratégia utilizada para obtenção de materiais com área elevada envolve uso de rotas que produzam materiais com estrutura de poros mais aberta, como as sínteses sol-gel. Existem estudos sobre a síntese de nióbias mesoporosas obtidas a partir de surfactantes, mas estes ainda são poucos e os precursores de nióbio utilizados são caros e sensíveis ao ar, tornando o processo mais caro. Com base no exposto, o objetivo deste trabalho é investigar a síntese de catalisadores sólidos ácidos à base de nióbio pela rota sol-gel, usando aminas como direcionadores de estrutura, de modo a gerar materiais com propriedades texturais melhores que o comercial. Como inovação utilizou-se o complexo oxaloamoniacal de nióbio, que é mais barato e fácil manipular do que o pentacloreto de nióbio e o pentaetóxido de nióbio. A síntese hidrotérmica foi realizada em autoclave, usando-se a tetradecilamina e a dodecilamina como direcionadores de estrutura, e a remoção destes foi investigada. Para incrementar a acidez, realizou-se a sulfatação de três materiais com ácido sulfúrico. Os materiais envolvidos foram caracterizados por adsorção de nitrogênio, difratometria de raios X, Termogravimetria e Espectroscopia de absorção no Infravermelho. Alguns materiais foram testados na esterificação do ácido acético com etanol a 1 atm e 70 °C, por ser uma reação modelo simples que se enquadra dentre aquelas utilizadas no beneficiamento de bio-óleo. Os resultados indicaram que foi possível sintetizar uma nióbia mesoporosa a partir do complexo amoniacal de nióbio usando a tetradecilamina, apesar do procedimento de remoção do surfactante ser crítico. No entanto, quando se usa a dodecilamina, os resultados mostram que não se obteve a mesma estrutura porosa, apesar das áreas serem maiores do que a da nióbia comercial, e a remoção do surfactante é mais eficiente combinando-se lavagem ácida e tratamento térmico. As nióbias sintetizadas não apresentaram atividade na esterificação do ácido acético nas condições utilizadas, mas os materiais sulfatados foram ativos e um dos catalisadores teve uma conversão de quase 40% após 3 h de reação, mesmo usando-se apenas 0,5% em massa de sólido, abrindo a possibilidade de uso destes materiais como catalisadores ácidos. |
| Abstract: | Most industrial processes for the synthesis of chemical substances involve the use of catalysts, and the replacement of homogeneous catalysts with heterogeneous ones, which are easier to separate and reuse, has been a global trend. In this context, it is necessary to develop solids with peculiar catalytic properties, and, as Brazil is the world's largest producer of niobium, developing technology for the synthesis of catalysts containing this element is strategic for the nation. Niobium oxide (niobia) is an acidic solid, but the commercial material has a modest specific area, which may limit its use as a catalyst. One strategy used to obtain materials with a high area involves the use of routes that produce materials with a more open pore structure, such as sol-gel synthesis. There are only a few studies on the synthesis of mesoporous niobia obtained from surfactants, and the niobium precursors used are expensive and sensitive to air, making the process more expensive. Based on the above, the objective of this work is to investigate the synthesis of niobium-based solid acid catalysts via the sol-gel route, using amines as structure drivers, to generate materials with better textural properties than commercial ones. As an innovation, the niobium oxaloammonium complex was used, which is cheaper and easier to handle than niobium pentachloride and niobium pentaethoxide. The hydrothermal synthesis was carried out in an autoclave, using tetradecylamine and dodecylamine as structure drivers, and their removal was investigated. To increase acidity, three materials were sulfated with sulfuric acid. The materials involved were characterized by nitrogen adsorption, X-ray diffraction, thermogravimetry and infrared absorption spectroscopy. Some materials were tested in the esterification of acetic acid with ethanol at 1 atm and 70 °C, as it is a simple model reaction that fits among those used in the processing of bio-oil. The results indicated that it was possible to synthesize a mesoporous niobia from the ammoniacal niobium complex using tetradecylamine, although the surfactant removal procedure was critical. However, when dodecylamine is used, the results show that the same porous structure was not obtained, despite the areas being larger than that of commercial niobia, and surfactant removal is more efficient by combining acid washing and heat treatment. The synthesized niobias did not show activity in the esterification of acetic acid under the conditions used, but the sulfated materials were active and one of the catalysts had a conversion of almost 40% after 2 h of reaction, even using 0.5% by mass of the catalyst, opening the possibility of using these materials as acid catalysts. |
| Palavras-chave: | Catálise Sólidos mesoporosos Esterificação Nióbio Ácido acético Catalysis Mesoporous solids Esterification Niobio Sol-Gel Synthesis |
| Área(s) do CNPq: | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA ORGANICA::SINTESE ORGANICA |
| 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: | BRAGA, Bruno Matassoli. Estudo exploratório da síntese de catalisadores à base de óxido de nióbio usando surfactantes por rota sol-gel. 2024. 88 f. Dissertação (Mestrado em Química) - Instituto de Química, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2024. |
| Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
| URI: | http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/25203 |
| Data de defesa: | 30-Out-2024 |
| Aparece nas coleções: | Mestrado em Química |
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