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: Dissertação
Título: Etanólise do ácido levulínico empregando catalisadores de estanho (IV)
Título(s) alternativo(s): Ethanolysis of levulinic acid using tin catalysts (IV)
Autor(es): Silva, Evellyn Patricia Santos da
Primeiro Orientador: Meneghetti , Simoni Margareti Plentz
metadata.dc.contributor.referee1: Botero, Wander Gustavo
metadata.dc.contributor.referee2: Silva, Antonio Osimar Sousa da
Resumo: A biomassa lignocelulósica representa um recurso renovável de carbono abundante e de custo relativamente baixo que pode ser utilizado para produzir insumos químicos,como o ácido levulínico (AL). Este cetoácido é uma plataforma versátil para uma ampla variedade de aplicações que podem substituir ou complementar as fontes fósseis, o que é desejável para melhorar a sustentabilidade global. Derivados ésteres do ácido levulínico podem ser desenvolvidos como promissores aditivos para oxigenar os combustíveis, o que não apenas aumenta a eficiência do motor, mas também diminui as emissões gasosas e particuladas. Assim, o presente trabalho tem o objetivo de avaliar sistemas catalíticos comerciais a base de estanho (IV), entre eles: ácido butilestanóico (BTA), triclororeto de butilestanho (BTC), dicloreto de dibutilestanho (DBDC) e dicloreto de dimetilestanho (DMDC) comparativamente às reações sem o uso de catalisador, na esterificação do ácido levulínico com etanol (EtOH) para produzir levulinato de etila. As reações foram conduzidas a 70, 80, 90 e 110 o C em tempos de reação que variaram de 0,25 a 6h com proporções molares de AL/EtOH/CAT de x/y/z, em que x = 1, y = 4, 5 e 6 e z = 0,01 e velocidade de agitação de 1000 rpm. Os experimentos foram realizados em reatores de vidros fechados do tipo vial. A quantificação do ácido levulínico remanescente nas misturas reacionais foi realizada por cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE) e os resultados foram expressos em termos de conversão (%) do AL. Os catalisadores foram caracterizados por espectroscopia de absorção na região do infravermelho médio com transformada de Fourier (FTIR) e foi possível verificar as vibrações características de cada um. Os resultados demonstraram que o complexo organometálico triclororeto de butilestanho apresentou melhor atividade catalítica com conversão do AL de 92,2 % em 6 horas de reação, utilizando 1/6 de AL/EtOH conduzida a 110°C e 0,01 de catalisador. Tal eficiência pode estar associada ao aumento da acidez de Lewis no centro metálico devido à presença de substituintes eletronegativos, da temperatura e da proporção de nálcool. A constante aparente de velocidade (kap x 103) para a reação sem catalisador na proporção molar 1/6/0,01 de AL/EtOH/CAT foi estimada em 50,9 h-1 enquanto que na presença do BTC nos mesmos parâmetros foi de 1135, 8 h-1 , um aumento de velocidade de 95,5 % ao processo. Quando comparadas as reações na ausência e na presença do BTC em diferentes temperaturas na proporção molar de 1/5/0,01, de AL/EtOH/CAT a energia de ativação foi estimada com redução de 21 %.
Abstract: Lignocellulosic biomass represents an abundant and relatively low-cost renewable carbon resource that can be used to produce chemical inputs such as levulinic acid (LA). This ketoacid is a versatile platform for a wide variety of applications that can replace or complement fossil sources, which is desirable to improve global sustainability. Ester derivatives of levulinic acid can be developed as promising additives to oxygenate fuels, which not only increases the efficiency of the engine, but also decreases gas and particulate emissions. Thus, the present work aims to evaluat commercial tin (IV) based catalytic systems, including butylstannoic acid (BTA), butyltin trichloride (BTC), dibutyltin dichloride (DBDC) and dimethyltin dichloride (DMDC) compared to reactions without the use of catalyst, in the esterification of levulinic acid with ethanol (EtOH) to produce ethyl levulinate. The reactions were conducted at 70, 80, 90 and 110 °C for reaction times ranging from 0.25 to 6 h with AL/EtOH/CAT molar ratios of x/y/z, where x = 1, y = 4, 5 and 6 and z = 0.01 and stirring speed of 1000 rpm. The experiments were carried out in closed glass vial-type reactors. The quantification of the remaining levulinic acid in the reaction mixtures was performed by high performance liquid chromatography (HPLC) and the results were expressed in terms of conversion (%) of AL. The catalysts were characterized by absorption spectroscopy in the mid-infrared region with Fourier transform (FTIR) and it was possible to verify the characteristic vibrations of each one. The results showed that the organometallic complex butyltin trichloride showed better catalytic activity with AL conversion of 92.2 % in 6 hours of reaction using 1/6 AL/EtOH conducted at 110°C and 0.01 catalyst. Such efficiency may be associated with increased Lewis acidity at the metal center due to the presence of electronegative substituents, temperature and alcohol proportion. The apparent rate constant (kap x 103) for the reaction without catalyst at the molar ratio 1/6/0.01 = Al/EtOH/CAT was estimated to be 50.9 h-1 while in the presence of the BTC at the same parameters was 1135.8 h-1 , an increase of 95.5 % to the process. When comparing the reactions in the absence and in the presence of BTC at different temperatures at a molar ratio of 1/5/0.01 = AL/EtOH/CAT, the activation energy was estimated to be reduced by 21 %.
Palavras-chave: Biomassa
Organoestânicos(IV)
Ácido levulénico
Catálise
Esterificação (Química)
Levulinato de etila
Biomass
Catalysis
Organotin(IV)
Ethyl levulinate
Esterification
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: SILVA, Evellyn Patricia Santos da. Etanólise do ácido levulínico empregando catalisadores de estanho (IV). 2021. 90 f. Dissertação (Mestrado em Química e Biotecnologia) – Instituto de Química e Biotecnologia, Programa de Pós-Graduação em Química e Biotecnologia, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2021.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/7953
Data do documento: 22-fev-2021
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