Produção de etileno glicol por hidrogenação dos ácidos oxálico e glicólico utilizando catalizadores suportados a base de rutênio

• Ano de defesa: 2017
• Autor(a) principal: SANTOS, Jackson Henrique da Silva
• Orientador(a): LIMA FILHO, Nelson Medeiros de
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Pernambuco
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pos Graduacao em Engenharia Quimica
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Engenharia Química; Hidrogenação; Rutênio; Carvão ativado; Ácido oxálico; Ácido glicólico; Etileno glicol
• Link de acesso: https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/30738

O inicio do século 21 vem sendo marcado por vários foros cientificos de discussão ligados as oportunidades reais para instalar a inovação química através da agregação de valor às matérias-primas renováveis, permitindo assim que se passe de uma economia de exportação de commodities para uma economia de produtos inovadores e de alto valor agregado. As reações de hidrogenação catalítica do ácido oxálico e do ácido glicólico estudadas neste trabalho de pesquisa se enquadram no conceito da química verde, onde leva a adquirir conhecimentos essenciais das etapas envolvidas no processo. A reação de hidrogenação do ácido oxálico se deu em duas principais etapas: Etapa 1, com a hidrogenação de um dos grupos carboxílicos do ácido; Etapa 2, com prováveis reações consecutivas de hidrogenólise das ligações C-O do ácido glicólico formado a partir da hidrogenação do ácido oxálico. No intuito de investigar a possibilidade do processamento ideal aplicado a hidrogenação do ácido oxálico e do ácido glicólico de forma direta para obtenção de etileno glicol, foram realizadas as reações de hidrogenação na presença de catalisadores suportados a base de rutênio. O catalisador Ru(5%)/C foi preparado a partir da técnica de impregnação úmida e caracterizações morfológicas foram realizadas tanto para o catalisador como do suporte de carvão ativado-C190 (CARBOMAFRA). As reações foram conduzidas em um reator do tipo de leito de lama, operando em sistema aberto para a fase gasosa (H₂) e fechado para a fase líquida (solução aquosa de ácido glicólico ou oxálico) e sólida (catalisador suportado). Na hidrogenação do ácido glicólico, além do catalisador Ru(5%)/C, o catalisador Ru(1%)-Ni(5%)/TiO₂ também foi avaliado na hidrogenação, que foi estudada em diferentes temperaturas (120ºC, 150ºC e 180ºC), nas seguintes condições experimentais: 80 bar (pressão total do sistema), 20 g/L (concentração inicial da solução), 500 rpm (agitação) e massa de catalisador de 1 g. Os resultados obtidos a partir dessas condições levaram a uma máxima conversão do ácido glicólico de 27,15% (180º) e uma máxima seletividade em etileno glicol de 73,04% (120ºC) após 240 min de reação. Além da funcionalização por hidrogenação na presença do catalisador Ru(5%)/C, foi avaliado outro catalisador Ru(2%)-Ni(10%)/C, empregando-se condições já otimizadas no processamento inerente a hidrogenação do ácido oxálico: temperaturas de 120ºC, 130ºC, 140ºC e 150ºC, 80 bar (pressão total do sistema), 40 g/L (concentração inicial da solução aquosa), 500 rpm (agitação) e massa de catalisador de 5 g. Os resultados obtidos a partir das condições otimizadas levaram a uma conversão do ácido oxálico de 93,46% e seletividade em etileno glicol, ácido glicólico e ácido acético de 15,53%, 48,24% e 10,91%, respectivamente, além da formação de produtos voláteis provavelmente, oriundos das reações de hidrogenólise com quebras de ligações C-O a partir do ácido glicólico formado durante a reação de hidrogenação do ácido oxálico. A partir de proposição de modelos matemáticos levando em consideração os efeitos de superfícies segundo hipótese de Langmuir-Hinshelwood, foi possível prever a evolução dos perfis de composição de reagentes e produtos em função do tempo, com um coeficiente de correlação (R²) acima de 90%.