Aplicação de silicatos porosos impregnados com óxido de vanádio como catalisadores heterogêneos em reação de desidrogenação do propano e acetalização do glicerol - França, Adriana Maneira (2022)
No intuito de minimizar algumas limitações que os catalisadores a base de vanádio suportado apresentam, nas últimas décadas inúmeros esforços vêm sendo feitos para aprimorar este tipo de material. Sendo assim, é de suma importância conhecer as características físicas e químicas destes e os principais fatores que influenciam seu desempenho catalítico. Neste trabalho foram aplicados três tipos de silicatos porosos, incluindo a silicalita-1 microporosa, a SBA-15 mesoporosa e a sílica pirolítica macroporosa, para demonstrar como a textura do suporte influencia a formação de espécies de VOx. Esses suportes foram impregnados com 5% de vanádio. As propriedades químicas e estruturais dos catalisadores foram caracterizadas por SAXS, DRX, MEV, EDX, Fisissorção de N2, TGA, 29Si RMN, IRFT, espectroscopia RD-UV-Vis, RTP-H2 e TPD-NH3. Diferentes espécies de vanádio, tal como VOx tetraédricas, quadrado piramidal e octaédricas, e graus de polimerização destas foram encontrados de acordo com cada suporte. Os catalisadores impregnados com vanádio foram testados na reação de desidrogenação direta de propano (PDH) para obtenção de propeno e na reação de acetalização de glicerol com acetona para obtenção de Solketal. Os testes catalíticos para PDH ocorreram à 580 oC e revelaram que o catalisador mesoporoso apresentou a melhor porcentagem de conversão inicial (32%), seletividade do propeno acima de 80% e boa estabilidade catalítica durante 6 h de reação. Este resultado está relacionado à sua alta área específica que favorece as espécies muito ativas de VOx altamente polimerizadas sem formar V2O5 cristalino. Diante deste resultado, foram preparados e testados novos catalisadores impregnando o suporte mesoporoso (SBA-15) com diferentes porcentagens de vanádio. E foi notado que o desempenho catalítico varia com o aumento na porcentagem de vanádio, devido às diferentes espécies que se formaram durante a impregnação. No intuito de melhorar a seletividade do propeno e estabilidade catalítica as amostras foram submetidas à um pré-tratamento de redução com H2 que levou à formação de V-OH na superfície do catalisador. O teste catalítico na reação de acetalização do glicerol ocorreu à 60 oC e mostrou que o catalisador mesoporoso suportado com vanádio teve o melhor desempenho catalítico em 120 min de reação, apresentando valores crescentes para conversão de glicerol e seletividade para o produto de interesse, o solketal acima de 80 %, ao longo da reação. Apesar do bom desempenho catalítico os catalisdores sofreram desativação devido à lixiviação das espécies de vanádio, provocada pela H2O produzida durante a reação. No entanto, ao analisar a superfície do catalisador sólido após diferentes tempos de reação, notou-se que as espécies de vanádio quadrado piramidal foram as que mais sofrem lixiviação e após 40 min de reação voltaram a se depositar na superfície do suporte. Estas não são as principais espécies ativas da reação, pois enquanto elas sofrem lixiviação a atividade catalítica é crescente. Diante dos resultados obtidos, foi observado então, que o suporte mesoporoso impregnado com 5% de vanádio é um promissor catalisador para as reações de desidrogenação do propano e acetalização do glicerol, pois apresentou estabilidade, atividade e seletividade para os produtos de interesse.