Preparação de titanoniobatos pilarizados e aplicação na desidratação de bioetanol - Andrade, Olivalter Santos Pergentino de (2010)
Atualmente o apelo ambiental para redução da emissão de poluentes atmosféricos e a substituição de derivados do petróleo por compostos oriundos de fontes renováveis já é uma realidade em implantação. O Brasil foi pioneiro nesta área com a produção de etanol a partir da cana-de-açúcar na década de 1970 e, atualmente, as pesquisas em energia renovável estão principalmente voltadas para o desenvolvimento de biocombustíveis e seu aproveitamento como matéria-prima na obtenção de outros insumos químicos de interesse para a indústria química. O bioetanol pode ser cataliticamente convertido em produtos de alto valor agregado como etileno, acetaldeído, aditivos, hidrogênio, entre outros. Dentre estes produtos, destaca-se o etileno, porque é uma matéria-prima importante na indústria de polímeros. Nos últimos anos, vários catalisadores já foram estudados para aplicação na síntese de etileno pela reação de desidratação catalítica de etanol. Devido a sua capacidade de ajuste de suas propriedades ácidas e texturais, materiais lamelares são uma alternativa promissora para produção de catalisadores para síntese de etileno a partir do bioetanol. Neste trabalho, um titanoniobato do tipo perovskita lamelar foi intercalado, pilarizado, caracterizado e avaliado na reação de desidratação de bioetanol variando o tempo de contato (razão massa de catalisador por fluxo) e na faixa de temperatura de 250 a 500oC. O titanoniobato de potássio de composição nominal KTiNbO5 foi preparado por reação no estado sólido a 1150oC por 24h, depois passou pelo processo de troca iônica dos cátions K+ por com H+, em seguida, foi intercalado sucessivamente com íons n-butilamônio (n-BuNH3+) e cetiltrimetilamônio (CTA+), e finalmente pilarizado com sílica utilizando tetraetilortosilicato (TEOS). Para investigar o efeito do processo de intercalação na pilarização do material, o titanoniobato intercalado com n-butilamônio também foi pilarizado pelo mesmo método. A caracterização dos materiais confirmaram o aumento progressivo do espaçamento basal da estrutura lamelar (de 9 para 31Å) e o sucesso da pilarização do material intercalado com CTA+. As análises texturais e o TPD-NH3 mostraram um aumento significativo na área superficial do material pilarizado, o qual é acompanhado por um aumento na acessibilidade e no número de sítios ácidos. A caracterização do material pilarizado a partir titanoniobato intercalado com n-butilamônio mostrou que não houve pilarização do material. Todos os catalisadores se mostraram ativos na conversão de etanol. O catalisador pilarizado com sucesso se mostrou mais ativo e seletivo a etileno que o titanoniobato de potássio, o titanoniobato na forma ácida e o pilarizado a partir da amostra trocada com íons n-BuNH3+, demonstrando que o melhoramento nas propriedades texturais, promovida pela pilarização, foi fundamental para obtenção de um catalisador mais ativo e seletivo. O catalisador que não obteve uma pilarização efetiva também mostrou atividade e alta seletividade a etileno. Estudos do efeito do tempo espacial na reação mostraram que maiores tempos de contato aumentam a conversão de etanol, mas ocorre diminuição da seletividade do catalisador. A analise térmica dos catalisadores pós-teste comprovou que a principal causa da desativação do catalisador é a obstrução dos sítios ácidos pela deposição de coque.