Estudo da estabilidade de zeólitas do tipo HZSM-5 na reação de desidratação do glicerol em fase gasosa - Fernandes, Juliana Oliveira (2018)
Diversos catalisadores são aplicados na conversão do glicerol em produtos químicos de alto valor agregado. Uma das possibilidades de conversão do glicerol mais estudadas é através da reação de desidratação. Entre os inúmeros catalisadores utilizados, as zeólitas do tipo ZSM-5, em sua forma ácida, apresentam-se como catalisadores ativos para a reação mencionada e seletivos para a produção de acroleína - um produto de alto valor econômico. Contudo, diversos estudos revelam a dificuldade na manutenção da estabilidade catalítica desses materiais, a qual é associada à formação de compostos de matéria carbonácea na superfície catalítica, o que contribui para a desativação. Desta forma, o presente trabalho busca estudar alternativas para a manutenção da estabilidade catalítica de zeólitas do tipo ZSM-5, frente à reação de desidratação do glicerol. As zeólitas foram sintetizadas com razão Si/Al de 25 seguindo um método de síntese rápida; foram utilizados procedimentos de troca iônica e de impregnação com óxido de cério, de modo a obter-se materiais com diferentes propriedades catalíticas. Os catalisadores NaZSM-5, HZSM-5 e Ce/HZSM-5 foram caracterizados pelas técnicas de difração de raios X (DRX), espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de energia dispersiva (EDS), fisissorção de N2, dessorção de amônia a temperatura programada (TPD/NH3) e análise termogravimétrica (TG/DTG). De acordo com os resultados de DRX e FTIR, as zeólitas sintetizadas apresentaram a estrutura característica MFI e possuem morfologia esférica, encontrando-se na forma de aglomerados, segundo as imagens de MEV. As técnicas de adsorção de N2 indicaram alta área específica e confirmaram a presença de micro e mesoporos nas zeólitas NaZSM-5, HZSM-5 e Ce/HZSM-5. Os testes catalíticos foram realizados para os diferentes catalisadores e como alternativas para a manutenção da estabilidade catalítica, foram realizados testes com regeneração do catalisador após a etapa de reação, e também a co-alimentação de oxigênio na reação de desidratação. Nessa última alternativa, foi estudada a influência da variação dos seguintes parâmetros: teor de oxigênio na corrente gasosa, velocidade espacial, temperatura de reação e concentração da solução de glicerol. O melhor cenário obtido foi através da reação de desidratação utilizando HZSM-5, com co-alimentação de oxigênio e concentração de glicerol de 10% em massa; velocidade espacial de 38,47 h-1 e temperatura de reação de 350ºC. A partir dessas condições, a estabilidade catalítica foi atingida e permitiu obter, após 15 horas de reação, rendimento de acroleína próximo a 65%.