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: Síntese e caracterização de CeO2, MoO3 e CeO2-MoO3 obtidos via o método Pechini, empregando glicerol como poliálcool, para aplicação na conversão da frutose
Título(s) alternativo(s): Synthesis and characterization of CeO2, MoO3 AND CeO2-MoO3 obtained via the Pechini method, using glycerol as polyalcohol, for application in the conversion of fructose
Autor(es): Pryston, Dhara Beatriz de Amorim
Primeiro Orientador: Meneghetti, Simoni Margareti Plentz
metadata.dc.contributor.referee1: Barbosa, Cintya D' Angeles do Espirito Santo
metadata.dc.contributor.referee2: Meili, Lucas
Resumo: O desenvolvimento de catalisadores heterogêneos, que sejam eficientes e de fácil recuperação, é um dos principais obstáculos a ser superado para se alcançar um significativo avanço (econômico e ambiental) na tecnologia de conversão de biomassa. Assim, neste trabalho, foram sintetizados óxidos de cério (Ce100) e molibdênio (Mo100), bem como um óxido misto de cério com 25% de molibdênio (CeMo25), através do método de Pechini empregando o glicerol como poliol, para aplicação na reação de conversão da frutose à insumos químicos de elevado valor comercial, como o 5-hidroximetilfurfural (5-HMF). Com o intuito de elucidar as propriedades estruturais e texturais, os catalisadores foram caracterizados pela técnica de espectroscopia de absorção na região do infravermelho (FTIR), análise de fisissorção de nitrogênio na temperatura de 77 K utilizando os métodos de Brunauer-Emmett-Teller (BET) e Barrett-Joyner-Halenda (BJH), análise termogravimétrica (TG/DTG), difração de raios-X (DRX), FTIR utilizando a piridina como molécula sonda (FTIR-PY), Espectroscopia de Refletância Difusa no Ultravioleta-Visível (DRS) e o monitoramento de pH em função do tempo. Os resultados obtidos através TG/DTG indicaram uma boa estabilidade térmica para Ce100. No caso do Mo100 foi verificada a sublimação do MoO3 e das espécies de polimolibdatos. O CeMo25 exibiu uma perda de massa de 19% podendo ser possivelmente associada a sublimação do MoO3 e dos polimolibdatos. As análises de FTIR evidenciaram bandas correspondentes a ligação do metal-oxigênio. O Ce100 exibiu isoterma do tipo IV com histerese do tipo H3 (característico de materiais mesoporosos). Para o Mo100 foi verificada uma baixa área superficial. Em relação ao CeMo25 foi observado que a introdução da espécie de molibdênio resultou na redução da área superficial e do volume de poros. Os difratogramas de raios-x mostraram que o Ce100 apresentava uma estrutura cúbica de face centrada e o Mo100 a fase ortorrômbica. No caso do CeMo25 não foram identificados planos cristalográficos referentes aos óxidos individuais, apenas os que correspondiam a formação do molibdato de cério Ce2(MoO4)3. O espectro de UV-VIS do CeMo25 permitiu observar que a adição do molibdênio ao cério causava mudança na estrutura eletrônica do material, promovendo a redução da energia de band gap. O monitoramento de pH ao longo do tempo indicou a presença de sítios ácidos e básicos na superfície dos catalisadores. A natureza e a densidade dos sítios ácidos foram investigadas através do FTIR-PY evidenciando a existência de centros de Bronsted e Lewis nos óxidos, mostrando também que o acréscimo de molibdênio ao Ce100 foi uma estratégia eficiente para aumentar a acidez do material. Em relação à atividade catalítica, as reações foram conduzidas a 150 °C com variação de tempo de 0,5 a 6 horas. O Ce100 exibiu baixas conversões e alta seletividade a 5-HMF. Por outro lado, o emprego do Mo100 resultou em elevadas conversões, mas com grande formação de materiais insolúveis. Para o CeMo25 também foi observada alta atividade na conversão da frutose, porém com menor formação de materiais insolúveis e seletividade a produtos da rota retro-aldólica (piruvaldeído, gliceraldeído, ácido lático e ácido acético) e a 5-HMF. Tais resultados obtidos mostraram que o principal fator que influencia na conversão da frutose são os sítios ácidos presentes nos catalisadores. Portanto, todas as características observadas sugerem que os óxidos sintetizados são promissores para conversão da biomassa em produtos químicos valiosos. No entanto, para o CeMo25, além da alta atividade, foi possível observar o aumento da estabilidade térmica e uma combinação adequada dos sítios ácidos.
Abstract: The development of heterogeneous catalysts, which are efficient and easy to recover, is one of the main obstacles to be overcome to achieve a significant advance (economic and environmental) in biomass conversion technology. Thus, in this work, cerium (Ce100) and molybdenum (Mo100) oxides, as well as a mixed cerium oxide with 25% molybdenum (CeMo25), were synthesized through the Pechini method using glycerol as polyol, for application in the conversion reaction of fructose to high commercial value chemical products. In order to elucidate the structural and textural properties, the catalysts were characterized by infrared absorption spectroscopy (FTIR), nitrogen physisorption analysis at 77 K using Brunauer-Emmett-Teller (BET) and Barrett-Joyner-Halenda (BJH) methods, Thermogravimetric analysis (TG/DTG), X-ray diffraction (XRD), FTIR using pyridine (FTIR-PY), Ultraviolet-visible Diffuse Reflectance Spectroscopy (DRS UV-Vis) and the monitoring of pH as a function of time. The results obtained through TG/DTG indicated good thermal stability for Ce100. In the case of Mo100, sublimation of MoO3 and polymolybdate species was verified. CeMo25 exhibited a mass loss of 19% and may possibly be associated with sublimation of MoO3 and polymolybdate species. The FTIR analyses showed bands corresponding to metal-oxygen bonding. Ce100 exhibited IV-type isotherms with H3-type hysteresis (characteristic of mesoporous materials). For Mo100, due to the low surface area and limitation of the method, it was not possible to draw definite conclusions about the textural characteristics. Furthermore for CeMo25 it was observed that the introduction of the molybdenum species changed the surface area and pore volume. The X-ray diffractograms showed that Ce100 had a face-centered cubic structure fluorite and Mo100 the orthorhombic phase. In the case of CeMo25 no diffractions referring to the individual oxides were identified, only those corresponding to the formation of the cerium molybdate Ce2(MoO4)3. The UV-VIS spectrum of CeMo25 allowed the observation that the addition of molybdenum to cerium caused a change in the electronic structure of the material, promoting a reduction in the band gap energy. pH monitoring over time indicated the presence of both acidic and basic sites on the surface of the catalysts. However, the nature of the acid sites was investigated through FTIR-PY, evidencing the existence of Bronsted and Lewis centers in the oxides, also showing that the addition of molybdenum to Ce100 was an efficient strategy to increase the acidity of the material. Regarding the catalytic activity, the reactions were conducted at 150 °C with time variation from 0.5 to 6 hours. Ce100 exhibited low conversions and high selectivity to 5-HMF. On the other hand, the employment of Mo100 resulted in high conversions but with large formation of insoluble materials. For CeMo25 was also observed high activity in the conversion of fructose, but with less formation of insoluble materials and selectivity to products of the retro-aldolic route (pyruvaldehyde, glyceraldehyde, lactic acid and acetic acid) and 5-HMF. These results showed that the main factor influencing fructose conversion are the acid sites present in the catalysts. Therefore, all the observed characteristics suggest that the synthesized oxides are promising for biomass conversion into valuable chemicals. However, for CeMo25, in addition to high activity, increased thermal stability and an adequate combination of the acid sites could be observed.
Palavras-chave: Biomassa
Frutose
Catalisador
Óxidos
Cério
Molibdênio
Biomass
Fructose
Catalyst
Oxides
Cerium
Molydbdenum
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA INORGANICA
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: Pryston, Dhara Beatriz de Amorim. Síntese e caracterização de CeO2, MoO3 e Ce2-MoO3 obtidos via o método Pechini, empregando glicerol como poliálcool, para aplicação na conversão da frutose. 2022. 111 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, 2022.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/8914
Data do documento: 25-mar-2022
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