Catalisadores heterogêneos baseados em materiais de carbono sulfonado para aplicação na reação de esterificação - Araujo, Rayanne Oliveira de (2022)
Catalisadores baseados em carbono sulfonado são candidatos a substituir os catalisadores homogêneos, como H2SO4. Principalmente devido à fácil separação do meio reacional, superfície ácida, elevada seletividade e estabilidade térmica. Essas propriedades físico-químicas dependem da fonte de carbono, método de síntese, densidade de grupos ácidos e química de superfície. Nesse contexto, o presente trabalho tem como objetivo preparar novos catalisadores heterogêneos de carbono sulfonado por diferentes métodos de síntese e precursores de carbono para aplicação na reação de esterificação. O primeiro método descrito no Capítulo 2 está relacionado ao preparado de um catalisador heterogêneo magnético altamente eficiente para a produção de biocombustível. Dois resíduos abundantes da região amazônica foram usados como precursores de baixo custo, a lama vermelha e o caroço de açaí. O catalisador foi preparado pelo método de impregnação úmida, seguido de carbonização a 400 ⁰C por 3 h e subsequente sulfonação a 80 ⁰C por 3 h. Os materiais foram caracterizados por DRX, MEV-EDS, TG, FTIR, adsorção-dessorção de N2, VSM e titulação ácido-base. A amostra CALVS1-4 apresentou 88% de conversão em oleato de metila, sob condições reacionais de 5% de carregamento de catalisador, razão molar ácido oleico:metanol 1:12, temperatura de 100 °C e tempo de 1h. Ao final da reação o catalisador foi facilmente separado do meio reacional por um ímã e exibiu uma boa capacidade de reutilização até o terceiro ciclo de reação. O segundo método de síntese inserido no Capítulo 3 descreve o preparo de um catalisador heterogêneo pelo método de funcionalização in situ do resíduo do caroço de açaí. Essa rota de sulfonação tem a vantagem de carbonizar e sulfonar o material simultaneamente, evitando desperdício de tempo e energia. A amostra HTAS6-130, simultaneamente carbonizada e sulfonada a 130 °C por 6h, apresentou melhor desempenho na reação de esterificação de ácido oleico e metanol com uma conversão de 95% a 100 °C por 1 h, carregamento de catalisado de 3% e razão molar de metanol e ácido oleico 12:1. A reciclabilidade do HTAS6-130 foi satisfatória, reduzindo a conversão em apenas 18% após os cinco ciclos de reação. O método de funcionalização in situ reuniu as vantagens de síntese rápida, baixo consumo de energia e alta densidade de sítios ácidos ativos após o uso em cinco ciclos reacionais consecutivos. O Capítulo 4 traz como novidade a síntese do carbono mesoporoso sulfonado assistida pelo ultrassom como alternativa para produzir materiais de carbono estruturado. A síntese foi preparada pelo método de soft-template em um processador ultrassônico e posteriormente carbonizada e sulfonada para aplicação na reação modelo de esterificação. A funcionalização das amostras com ácido sulfúrico trouxe redução da porosidade, mas simultaneamente resultou na geração de grupos funcionais de natureza ácida. Resultando no catalisador CMS5-6h com densidade sulfônica de 1,6 mmol g-1, área superficial BET 402 m2 g-1 e diâmetro de poros 10,6 nm, permanecendo na faixa de mesoporos mesmo após tratamento com ácido. O catalisador CMS5-6h apresentou excelente atividade na reação de esterificação com 95% de conversão do ácido oleico. A reciclabilidade do MCS5-6h foi satisfatória durante cinco ciclos de reação, apresentando redução de apenas 20% após o último ciclo estudado. Os experimentos renderam resultados promissores para a obtenção de materiais de carbono sulfonado em curto período de tempo sob temperaturas amenas e com excelente desempenho em catálise. Além disso, o emprego de resíduos de biomassas amazônicas no preparo dos catalisadores pode ser a solução adequada para destinação desses tipos de resíduos.