Síntese de uréia enriquecida com o isótopo 13C e/ou 15N

Autor(es)

Carlos Roberto de Sant'Ana Filho

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Piracicaba.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Centro de Energia Nuclear na Agricultura (CENA/STB)
• Data de defesa: 2011-02-15

Membros da banca

Jose Albertino Bendassolli; Carlos Ducatti; Eduardo Ferriolli; Marcos Yassuo Kamogawa; Fabio Rodrigo Piovezani Rocha

• Orientador: Jose Albertino Bendassolli

Resumo

No presente trabalho foi sintetizada a 13CO(15NH2)2, enriquecida em 13C e/ou 15N, a partir da reação entre 13CO, 15NH3, S e CH3OH (meio líquido), sob baixa pressão e temperatura, com simultânea produção de H2S. A reação ocorreu em reator de aço inoxidável, revestido internamente com politetrafluoretileno. Inicialmente, adicionou-se S no interior do reator. Na sequência, esse foi fechado e, sob pressão reduzida (10-3 MPa) e temperatura de 4 ºC, transferiu-se o CH3OH, H2S, 15NH3 e 13CO. Logo após, o reator foi colocado em um sistema de aquecimento (100 ºC), sob agitação mecânica. Ao final do tempo de reação (150 min.), desligou-se o aquecimento e o reator foi resfriado (± 25 ºC). Os gases resultantes do processo de síntese como 15NH3 e H2S foram recuperados em soluções de H2SO4 e outra com H2O2:NaOH. Em seguida, abriu-se o reator e removeu-se a mistura (13CO(15NH2)2, CH3OH e S) que foi submetida a procedimentos (filtração à vácuo, purificação química (CH3COCH3) e física (resinas catiônica e aniônica) para retirada de impurezas. Após, a 13CO(15NH2)2 foi cristalizada (50 ºC) e realizaram-se análises físico-químicas (teor (%) de N, ponto de fusão (ºC), teor (%) de biureto, análise multielementar (mg/kg)), microbiológicas (bactérias, fungos e leveduras) e isotópicas (% em átomos de 13C e/ou 15N). No entanto, as análises isotópicas foram realizadas em um espectrômetro de massas ATLAS-MAT, modelo CH4 (determinações absolutas), com admissão de amostras já convertida na forma gasosa. Desta forma, a obtenção do 13CO2 e 15N2 foi realizada utilizando o método via seca, onde a amostra de 13CO(15NH2)2 foi oxidada com CuO à 550 ºC em tubos de vidro (borossilicato), sob vácuo. Em seguida, os gases (15N2, 13CO2 e H2O), foram conduzidos por uma linha sob baixa pressão (10-3 MPa), acoplada on line ao sistema de admissão do espectrômetro. Esse procedimento tem a finalidade de eliminar as impurezas (interferências isobáricas) e vapor de H2O, utilizando-se da criogenia, admitindo-se o 13CO2 e/ou 15N2 ao espectrômetro para análise. Com o sistema proposto, envolvendo a reação entre 15NH3, 13CO e S (6.13, 1,12 e 1,28 g, respectivamente), tendo ainda, 40 mL de CH3OH e 40 mg de H2S, foi possível obter, em média, 1,96 g de 13CO(15NH2)2 (rendimento de 81,97 %). O processo completo, por batelada, demanda um tempo de oito a doze horas de trabalho, dependendo da fonte isotópica. A 13CO(15NH2)2 sintetizada apresentou boa qualidade físico-química (46,2 % de N, ponto de fusão de 132,5 ºC, 0,55 % de biureto e teor (mg/kg) de elementos abaixo da concentração permitida pelo órgão fiscalizador) e microbiológica (< 10 UFC/g para bactéria, fungos e leveduras). Os resultados obtidos das determinações isotópicas de N e/ou C (% em átomos de 15N e/ou 13C) indicam a viabilidade do método analítico, não sendo verificada interferência nos níveis isotópicos. A utilização do sistema on line acoplado ao espectrômetro de massa proporcionou maior velocidade analítica e facilidade no preparo das amostras para determinação isotópica de C e/ou N. Ainda os custos de produção da 13CO(15NH2)2, enriquecida em 13C e/ou 15N, mostraram-se competitivo com os valores (preço FOB) de comercialização no mercado internacional (AU)

• Processo FAPESP: 07/00291-4 - Síntese de uréia enriquecida com o isótopo 13C e/ou 15N
• Beneficiário: Carlos Roberto de Sant Ana Filho
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado