Catalisadores com poros estruturados derivados de hidrotalcitas sintetizados por uso combinado de química sol-gel, tensoativos e emulsão

Autor(es)

Davi Domingos Petrolini

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Araraquara. 2019-03-21.
• Instituição: Universidade Estadual Paulista (Unesp). Instituto de Química. Araraquara
• Data de defesa: 2019-03-08
• Orientador: Leandro Martins

Resumo

Esta tese apresenta o desenvolvimento e o estudo de um novo método que permite a síntese de óxidos mistos porosos derivados da hidrotalcita. Com base nas propriedades estruturais e catalíticas únicas das hidrotalcitas, a tese mostra que modificações na síntese destes materiais permitem explorar ainda mais as suas potencialidades. O método baseia-se no uso combinado de química supramolecular dos tensoativos e emulsões para a produção de hidrotalcitas com poros hierarquicamente estruturados em diferentes escalas de tamanho. O interessante no desenvolvimento de catalisadores porosos é que a criação e desenho dos poros não somente interfere na difusão facilitada de reagentes e produtos, como também surgem algumas propriedades singulares de atividade da superfície. A presença de moléculas anfipáticas e moléculas apolares alteraram a força dos sítios existentes no catalisador, decorrentes das interações dos moldes com a superfície dos óxidos metálicos. Desta forma, a eficiência do material foi ampliada modificando-se sua propriedade estrutural e química, ou seja, a composição e organização dos átomos da superfície em microdomínios diferenciados. Junto com as propriedades porosas, outro fator emergente importante que foi estudado foi o uso de e óxidos mistos de alumínio e magnésio, como, por exemplo, óxidos derivados da hidrotalcita, que são largamente difundidos em catálise. Neste contexto, a tese explorou a síntese de catalisadores e suporte de catalisadores derivados da hidrotalcita com propriedades bem definidas. Cada etapa de preparação (precursores da mistura reacional, sistema coloidal emulsionado e transição sol-gel) possui certo número de fatores que influenciam na propriedade final do sólido, e cujo controle se faz necessário para que haja reprodutibilidade nas preparações. A preparação exigiu conhecimentos muito diversos, como os fenômenos que regem a formação de gel, a química de coloides e operações de secagem, que foram acompanhados por técnica de caracterização de estrutura, textura e superfície para estabelecer as condições de operação da síntese e da atividade catalítica otimizada. A atividade catalítica dos óxidos mistos foi avaliada na reação de desidratação e desidrogenação de álcoois secundários, como o 2-propanol, em que a conversão de 2-propanol sob condições de massa controlada e difusão de calor nos óxidos mistos de Al-Mg texturalmente melhorados evidenciou a preparação de um catalisador mais eficaz do que o de referência que possuía baixa porosidade. O material preparado foi avaliado também como suporte de catalisador para impregnação de metais, a partir disso, impregnou-se cobre e a atividade catalítica foi avaliada na desidrogenação do etanol e na reação de acoplamento de álcoois, ou também conhecida como reação de Guerbet. Para a reação de desidrogenação do etanol, o catalisador poroso foi cerca de 3 vezes mais ativo do que o de referência, devido à formação na superfície de suporte de Cu0 juntamente com as espécies de Cu+ mais ativas. De fato, a presença simultânea de Cu+ e Cu0 foi vantajosa para o desempenho catalítico, uma vez que os TOF (“turnover frequency”) foram de 122 e 166 h-1 para o catalisador de referência não poroso e para o poroso, respectivamente. E por fim, a reação de Guebert em que os catalisadores de Cu mostraram rendimentos e seletividades melhorados a pressões de H2 elevadas. Sem o Cu, os catalisadores AlMgO foram mais seletivos para o éter dietílico (45-55% C) do que os álcoois e aldeídos superiores (30-40% C). A adição de Cu inibiu a produção de éter dietílico enquanto promoveu a desidrogenação para acetaldeído, o passo inicial no acoplamento de etanol por Guerbet. A adição de cobre aumentou a atividade e a seletividade para álcoois e aldeídos superiores (até 55 C% de seletividade) para todos os catalisadores. (AU)

• Processo FAPESP: 15/05321-5 - Síntese de catalisadores com poros estruturados derivados da hidrotalcita por uso combinado de química sol-gel, tensoativos e emulsão
• Beneficiário: Davi Domingos Petrolini
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado