Obtenção de ácido acético a partir de etanol e água

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Gonzalez, Guilherme Goulart
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade do Estado do Rio de Janeiro; Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto de Química; Brasil; UERJ; Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
• Palavras-chave em Português: Etanol; Ácido acético; Vacâncias de oxigênio; Auricalcita; Ethanol; Acetic acid; Oxygen vacancies; Aurichalcite; ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA
• Link de acesso: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/21498

A produção de etanol no Brasil vem crescendo desde a década de 1980 devido principalmente à sua utilização no setor de combustíveis. Porém, com o desenvolvimento da tecnologia no setor de carros elétricos, é possível que a demanda de etanol seja afetada. Neste contexto, uma alternativa seria escoar parte da produção de etanol para a Indústria Química, tendo em vista que este álcool é uma molécula plataforma, ou seja, diversos produtos podem ser gerados a partir dele, inclusive os produtos chamados de drop in que substituem diretamente compostos oriundos da petroquímica. Dentre eles, destaca-se o ácido acético, utilizado na indústria como importante intermediário na produção de polímeros. Existem diferentes processos de produção de ácido acético, porém a síntese desse ácido a partir de etanol e água vem se mostrando mais interessante pois, além de ser uma alternativa mais “verde”, não apresenta as limitações presentes no processo envolvendo etanol e ar, onde a mistura etanol/O2 é explosiva em determinadas concentrações. Dessa forma, diversos sistemas catalíticos foram estudados na síntese do ácido acético a partir de etanol e água. Foram eles: catalisadores de Cr e Mn suportados em Cu/ZnO/Al2O3 comercial; catalisadores à base de Co3O4, ZnO e Al2O3; catalisadores à base de Cu, ZnO, ZrO2 e Al2O3, além de catalisadores oriundos da auricalcita, contendo estas mesmas espécies. Foram realizadas análises de FRX, fisissorção de N2, DRX com dados refinados pelo método de Rietveld, TPR acompanhado pela técnica de XANES, titulação de N2O, XPS, TPD de CO2, TPD de NH3, TPD de H2O e TPD de etanol. Os catalisadores de Cr não promoveram a síntese do ácido acético, enquanto os catalisadores contendo Mn promoveram a oxidação do acetaldeído, mas favoreceram a síntese da acetona, assim como os catalisadores à base de Co3O4, ZnO e Al2O3. O estudo dos catalisadores de Cu/ZnO/Al2O3 e Cu/ZrO2/Al2O3 mostrou que a reação de síntese de ácido acético a partir de etanol e água pode ocorrer por dois mecanismos diferentes dependendo das propriedades físico-químicas dos catalisadores. O mecanismo oxidativo ocorre da seguinte forma: primeiramente, o etanol é desidrogenado a acetaldeído; a seguir, este aldeído é oxidado pelo oxigênio da rede do ZnO, gerando ácido acético; finalmente, a água é dissociada nas vacâncias de oxigênio reoxidando o ZnO e fechando o ciclo catalítico. Já o mecanismo associativo pode ser descrito pelas etapas a seguir: primeiramente, o etanol é desidrogenado a acetaldeído; depois, este aldeído reage com uma molécula de etanol gerando acetato de etila sobre pares de sítios ácidos e básicos; por fim, este éster é hidrolisado gerando ácido acético. O estudo dos catalisadores oriundos da auricalcita mostrou que as vacâncias de oxigênio são fundamentais não só na etapa de oxidação do acetaldeído, segundo o mecanismo oxidativo, mas também na desidrogenação do etanol. Além disso, a inserção de sítios ácidos nestes sistemas promove a adsorção do acetaldeído, facilitando sua posterior oxidação.