00 CAMPUS ARISTÓTELES CALAZANS SIMÕES (CAMPUS A. C. SIMÕES) IQB - Instituto de Química e Biotecnologia Dissertações e Teses defendidas na UFAL - IQB
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Tipo: Tese
Título: Conversão da celulose e da glicose em presença de catalisadores sólidos ácidos a base de MoO3/TiO2 em insumos químicos
Título(s) alternativo(s): Conversion of cellulose and glucose in the presence of solid acid catalysts the MoO3 / tiO2 base in chemical inputs
Autor(es): Albuquerque, Nilson José Araújo de
Primeiro Orientador: Almeida, Rusiene Monteiro de
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Meneghetti, Simoni Margareti Plentz
metadata.dc.contributor.referee1: Galdino, Fabiane Caxico de Abreu
metadata.dc.contributor.referee2: Ribeiro, Adriana Santos
metadata.dc.contributor.referee3: Dornelas, Camila Braga
metadata.dc.contributor.referee4: Silva, Antônio Osimar Souza da
Resumo: A catálise química da reação de conversão da celulose e derivados, via hidrólise, solubilização e degradação, a base de catalisadores heterogêneos sólidos ácidos tem despertado grande interesse, devido ao potencial em termos de atividade e seletividade, ou em função da possibilidade de desenvolvimento de produtos e/ou processos químicos que estejam associados ao uso de tecnologias limpas. Assim, este trabalho propõe a síntese e caracterização de sistemas catalíticos a base de TiO2 seguido da impregnação úmida do óxido de molibdênio e testes catalíticos frente a conversão da celulose e glicose com o intuito de obter açúcares fermentáveis e outros produtos de interesse da química fina. O trabalho foi dividido em dois tópicos, em que o primeiro estuda a variação da concentração de MoO3 em TiO2. Inicialmente, sintetizou-se os catalisadores TiO2 pelo método sol-gel e o MoO3/TiO2 (com diferentes concentrações de óxido de molibdênio) pelo método de impregnação úmida e calcinados a 550°C por 4 horas em condições atmosféricas. Logo em seguida, foram feitas diferentes caracterizações a fim de conhecer a estrutura e a natureza ácida desses catalisadores. Esses catalisadores foram usados em testes reacionais de conversão da celulose sob as condições de 190 °C, a 1, 2 e 4 horas e com variação na quantidade de catalisador. Os catalisadores apresentaram atividade catalítica frente a conversão da celulose, sendo o catalisador 25 % MoO3/TiO2 o que apresentou maior porcentagem de conversão (21 %) no teste a 190 °C /4 h. A maior conversão observada quando do emprego do catalisador 25 % MoO3/TiO2 pode ser associada a maior quantidade de sítios ácidos de Lewis e Brönsted e sua força ácida, disponíveis, como mostra a análise de espectroscopia de absorção na região do infravermelho com piridina adsorvida e temperatura programada de dessorção de amônia, respectivamente. Logo, esse catalisador foi escolhido para estudos de reuso e não apresentou atividade após o primeiro teste sob a condição de 190 °C, a 2 horas. Assim como, alteração da temperatura de calcinação para ver sua influência sobre as propriedades estruturais, e consequentemente, na atividade catalítica do mesmo. Isso será investigado no segundo tópico desse trabalho. Posteriormente, no segundo tópico foram sintetizados novos catalisadores (TiO2-300 e 25% MoO3/TiO2-300) sem a ancoragem de MoO3 e outro com 25 % de MoO3 ancorado ao TiO2, ambos calcinados a 300 °C, sob os mesmos métodos de síntese. Foram caracterizados por diferentes técnicas e realizados testes de conversão da celulose e glicose, a fim de observar a evolução da formação dos produtos. Contudo, foi observada a mudança da fase anatase para rutilo do TiO2, predominantemente, e consequente alteração na atividade catalítica. Portanto, o catalisador com fase anatase a base de TiO2 calcinado a 300 ºC apresentou atividade superior a com fase rutilo a base de TiO2 calcinado a 550 ºC. Nesse âmbito, é imprescindível destacar que após a impregnação do molibdênio ocorreram alterações nas propriedades texturais, assim como, a mudança na temperatura de calcinação alterou as propriedades morfológicas dos catalisadores, apresentando uma variação nas fases cristalinas do MoO3 (ortorrômbica e monoclínica). Nesse contexto, é importante destacar que foi feita a relação entre sítios ácidos de Lewis e os sítios ácidos de Bronsted, e foi verificado uma maior quantidade de sítios ácidos de Lewis para àqueles calcinados a 300 °C. Sendo assim, os catalisadores que apresentaram maior acidez relativa proporcionaram maiores conversões da celulose e glicose com formação de açúcares e ácido acético, respectivamente.
Abstract: The chemical catalysis of the cellulose conversion reaction via hydrolysis / solubilization and degradation and conversion of glucose via dehydration, the basis of heterogeneous solid acid catalysts has aroused great interest due to the great potential in terms of activity and selectivity or the possibility of development of chemical products and / or processes (Green chemistry) associated with the use of clean technologies. Thus, this work proposes the synthesis and characterization of TiO2 - based catalytic systems followed by wet impregnation of molybdenum oxide and catalytic tests against the conversion of cellulose and glucose in order to obtain fermentable sugars and other products of interest in fine chemistry. The work was divided in two topics where the first study the variation of the concentration of MoO3 in TiO2. Initially, TiO2 catalysts were synthesized by the sol-gel method and MoO3/TiO2 (with different concentrations of molybdenum oxide) by the wet impregnation method and calcined at 550 ° C for 4 hours under atmospheric conditions. Subsequently, different characterizations were made in order to know the structure and the acid nature of these catalysts. These catalysts were used in reaction tests of cellulose conversion under the conditions of 190 ° C, at 1, 2 and 4 hours and with varying amount of catalyst. The catalysts showed catalytic activity against cellulose conversion, with the catalyst having 25% MoO3/TiO2, which presented the highest conversion percentage (21%) in the test at 190 ° C / 4 h. The higher conversion observed when using the 25% MoO3/TiO2 catalyst may be associated with a greater amount of available Lewis and Brönsted acidic sites and their available acid strength as shown by absorption spectroscopy analysis in the infrared region with adsorbed pyridine and programmed ammonia desorption temperature, respectively. Therefore, this catalyst was chosen for reuse studies and did not present activity after the first test under the condition of 190 ° C, at 2 hours. As well as, alteration of the calcination temperature to see its influence on the structural properties, and consequently, on the catalytic activity of the same. This will be investigated in the second topic of this paper. In the second topic, new catalysts (TiO2-300 and 25% MoO3/TiO2-300) were synthesized without MoO3 anchoring and another with 25% MoO3 anchored to TiO2, both calcined at 300 ° C under the same synthetic methods. They were characterized by different techniques and carried out tests of conversion of cellulose and glucose, in order to observe the evolution of the formation of the products. However, the change from the anatase phase to rutile of TiO2, predominantly, and consequent alteration in the catalytic activity was observed. Therefore, the catalyst with an anatase phase based on TiO2 calcined at 300 ° C showed higher activity than the rutile phase with a TiO2 base calcined at 550 ° C. In this context, it is important to note that after the impregnation of molybdenum, changes in the texture properties occurred, as well as the change in the calcination temperature altered the morphological properties of the catalysts, presenting a variation in the crystalline phases of MoO3 (orthorhombic and monoclinic). In this context, it is important to note that the relationship between Lewis acid sites and the Bronsted acid sites was verified, where a higher amount of Lewis acid sites was verified for calcined at 300 ° C. Thus, the catalysts that presented higher relative acidity provided higher conversions of cellulose and glucose with formation of sugars and acetic acid, respectively.
Palavras-chave: Catalise
Celulose
Glicose
Catalisadores
Superácidos
Catalyze
Cellulose
Glucose
Catalysts
Superacids
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Alagoas
Sigla da Instituição: UFAL
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Química e Biotecnologia
Citação: ALBUQUERQUE, Nilson José Araújo de. Conversão da celulose e da glicose em presença de catalisadores sólidos ácidos a base de MoO3/TiO2 em insumos químicos. 2017. 135 f. Tese (Doutorado em Ciências) – Instituto de Química e Biotecnologia, Programa de Pós Graduação em Química e Biotecnologia, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2017.
Tipo de Acesso: Acesso Embargado
URI: http://www.repositorio.ufal.br/handle/riufal/2445
Data do documento: 13-dez-2017
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