Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Química, Programa de Pós-Graduação em Tecnologia Química e Biológica, 2014. / Submitted by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2017-03-02T20:22:21Z No. of bitstreams: 1 2014_LucasMachadoGaio.pdf: 1243325 bytes, checksum: fc84789459642da1ddb1dfbbb220c91f (MD5) / Approved for entry into archive by Ruthléa Nascimento(ruthleanascimento@bce.unb.br) on 2017-03-23T13:43:55Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_LucasMachadoGaio.pdf: 1243325 bytes, checksum: fc84789459642da1ddb1dfbbb220c91f (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-23T13:43:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_LucasMachadoGaio.pdf: 1243325 bytes, checksum: fc84789459642da1ddb1dfbbb220c91f (MD5) / O biodiesel é um combustível biodegradável derivado de fontes renováveis, que pode ser produzido a partir de gorduras ou óleos de origem animal ou vegetal. Este biocombustível pode substituir total ou parcialmente o óleo diesel de petróleo em motores automotivos ou estacionários. Por essas características, o biodiesel vem sendo um grande vetor de redução das emissões de diversos poluentes e no combate ao efeito estufa. Além disso, colabora para uma maior diversificação da matriz energética brasileira, que já é exemplo mundial na utilização de energias renováveis. Este trabalho reporta a preparação, caracterização e o uso da dolomita como catalisador heterogêneo em reação de transesterificação com óleo usado de fritura a fim de produzir biodiesel de 2ª geração. O óleo coletado foi fornecido pelo projeto ambiental na cidade do Gama-DF, Projeto BioGama. Segundo a literatura, a dolomita apresenta resultados positivos como catalisador na reação de transesterificação. Neste trabalho, o objetivo foi estudar as condições de tratamento do catalisador, tais como, temperatura de calcinação e impregnação de outras espécies; e as condições reacionais, tais como temperatura, tempo reacional, quantidade de catalisador e razões molares dos reagentes. Estas diferentes condições visam as melhores taxas de conversão de metil ésteres e reuso do catalisador. Foi possível realizar três ciclos catalíticos na melhor condição reacional com 100% de conversão: dolomita calcinada a 900 °C, 1 h de reação a 60 ºC, razão molar 1:6 (óleo/metanol) e 2% de catalisador (m/m). Foi possível também observar que a taxa de conversão está diretamente relacionada ao conteúdo de CaO no catalisador, o qual apresentou lixiviação ao longo dos ciclos. A fim de reduzir esta lixiviação, foram impregnados espécies de ferro, cobre, níquel e cério à dolomita, porém a perda de espécies de cálcio permaneceu inalterada, não trazendo benefícios para o processo. Sendo assim, o trabalho evidenciou positivamente o uso da dolomita como catalisador na produção de biodiesel priorizando processos mais limpos, econômicos e com altas taxas de conversão de ésteres. / Biodiesel is a biodegradable fuel derived from renewable sources that can be produced from animal or vegetable fat or oil. This biofuel can totally or partly replace diesel oil in automotive or stationary engines. Because of these characteristics, biodiesel has been a major vector in addition reduce emissions of various pollutants and combat global warming. Besides, it helps to diversify the Brazilian energy matrix, which is already a world example in the use of renewable energies. This study reports the preparation, characterization and use of dolomite as heterogeneous catalyst in the transesterification of used frying oil to produce biodiesel of 2nd generation. The oil collected was provided by an environmental project from the city of Gama - DF called BioGama Project. Dolomite has already shown positive results as a catalyst at the transesterification reaction, according to the literature. In this study, the objective was to analyze the treatment conditions of the catalyst, such as calcination temperature and impregnation of other species, and the reaction conditions such as temperature, reaction time, amount of catalyzer and molar ratios of reagents, aiming better conversion rates of methyl esters and the reuse of the catalyzer. It was possible to observe three catalystie cycles with the dolomite calcinned at 900 °C, at the best reaction condition, 1 hour reaction at 60 °C, 1:6 molar ratio (oil/methanol) with 2% of catalyst (w/w) showing 100% of conversion . It was also observed that the conversion rate was directly related to the content of CaO in the catalyst, which showed leaching throughout the cycles. In order to reduce this leaching, iron, copper, nickel and cerium species were impregnated an dolomite. However, the loss of calcium species remained unchanged and did not provide benefits for the process. Thus, this study demonstrated the positive use of dolomite as a catalyst in the production of biodiesel in a way that prioritize cleaner, economical and high rate conversion processes to produce esters.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Química, Programa de Pós-Graduação em Química, 2015. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2016-03-22T16:44:14Z No. of bitstreams: 1 2015_OsvaldoKojiroIha.pdf: 1809713 bytes, checksum: 148a5b9a409c038824eaf805b8912adc (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-03-23T19:41:29Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_OsvaldoKojiroIha.pdf: 1809713 bytes, checksum: 148a5b9a409c038824eaf805b8912adc (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-23T19:41:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_OsvaldoKojiroIha.pdf: 1809713 bytes, checksum: 148a5b9a409c038824eaf805b8912adc (MD5) / Esse trabalho visa a pesquisa na obtenção de combustíveis alternativos pelas rotas de esterificação, transesterificação e craqueamento, utilizando oleaginosas encontradas nas florestas e litorais brasileiros, como a macaúba, andiroba, castanhola e ouricuri, assim como os resíduos industriais, como o maracujá e a goiaba, com o intuito de encontrar fontes energéticas de menor importância alimentícia, capazes de suprir parcial ou totalmente a demanda de biocombustíveis produzidos a partir do óleo de soja. Dentre os biodieseis produzidos a maioria apresentou resultados satisfatórios em quase todas as análises, mostrando ser possível produzir energia alternativa utilizando oleaginosas alternativas. No entanto, algumas análises ficaram fora da especificação que é o caso do tempo de oxidação do biodiesel de macaúba, castanhola, maracujá e goiaba, e o resíduo de carbono do biodiesel de andiroba, que apresentou um resultado de 0,85%, que é um valor muito elevado. Já no caso do bio-óleo, os que apresentaram resultados satisfatórios foram os de Ouricuri e macaúba. Os outros apresentaram um resíduo de carbono acima da especificado, que é o caso da andiroba, maracujá e goiaba (0,7; 0,6 e 0,7% respectivamente). Esse resultado é consequência da quantidade de insaturações que acarretam na formação de compostos de cadeias longas, aumentando o resíduo. Com esse resultado notou-se que os óleos de maracujá e goiaba, não são apropriados para produção de bio-óleo, mas podem ser utilizados para outros fins. Então, com o intuito de melhorar a rota de produção de biodiesel, foram testados catalisadores de alumina titânio e zircônio. Inicialmente os catalisadores foram testados na produção de ácidos graxos livres (AG).Os catalisadores foram calcinados a 500 e 800 ºC, mas na reação foi utilizado apenas o catalisador calcinado a 500 ºC por apresentar maior área superficial, característica importante para catalisadores heterogêneo. Então, dentre os catalisadores testados, o que apresentou melhore resultados foi o AlZr utilizando 1% ou 5% de catalisador onde foi obtido um rendimento de 89% e 85% de monoalquilester, respectivamente. Isso mostra que para a reação a quantidade de catalizador não interfere na reação. Esse catalisador mostrou ser eficiente na reação por etapas apresentando um resultado de 98%. No entanto, para a reação de reciclo não apresentou resultado satisfatório. / This work has the objective of search the alternative fuels obtained by esterification, transesterification and cracking routes using diversified oil found in the Brazilian forests, how the andiroba, and coast, how the macaúba, castanhola and ouricuri, as well as industrial waste, how the passion fruit and guava, with the objective to find energy source with lowest important in the food able to supply partially or totally of the demand of biofuels produced from soybean oil. Among the biodiesels produced most showed satisfactory results and presented be possible to produce alternative energy using diversified oil. However, some tests those presented stayed out of specification how the oxidation time of macaúba, castanhola, passion fruit and guava biodiesel, and carbon residue of andiroba biodiesel, which had a result of 0.85% which is a very high value. In the bio-oil of ouricuri and macaúba had satisfactory results. The others had a carbon residue above the specification, how the andiroba, passion fruit and guava (0.7, 0.6 and 0.7% respectively). This result is a consequence of the amount of unsaturation that lead to the formation of long chain compounds during cracking reaction, increasing residue. With this result, it was noted that the passion fruit and guava oils are not suitable for bio-oil, but can be used for other purposes. Then in aim to improve the biodiesel production route, titanium and zirconium alumina catalysts were tested. Initially the catalysts were tested in the production of fatty acids (FFA's). The catalysts were calcined at 500 and 800 °C, but the reaction was used only the catalyst calcined at 500 °C due to its higher surface area important characteristic for heterogeneous catalysts. Then among the catalysts tested which showed better results was AlZr using 1% or 5% of catalyst was obtained a yield of 89% and 85% of monoester respectively. This shows that the amount of catalyst do not interfere in the reaction yield. This catalyst showed effectiveness in the steps reaction presenting a score of 98%. However, for the recycle reaction did not show satisfactory results.

Submitted by EDUARDO GUIMARÃES VIEIRA null (eduardo_vieira5007@yahoo.com.br) on 2017-01-04T15:49:08Z No. of bitstreams: 1 Tese de Doutorado.pdf: 7273757 bytes, checksum: 1d9bc093a91b9165b47ab712a9003b1f (MD5) / Approved for entry into archive by Juliano Benedito Ferreira (julianoferreira@reitoria.unesp.br) on 2017-01-06T13:42:14Z (GMT) No. of bitstreams: 1 vieira_eg_dr_ilha.pdf: 7273757 bytes, checksum: 1d9bc093a91b9165b47ab712a9003b1f (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-06T13:42:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 vieira_eg_dr_ilha.pdf: 7273757 bytes, checksum: 1d9bc093a91b9165b47ab712a9003b1f (MD5) Previous issue date: 2016-11-30 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / O presente trabalho descreve a síntese e caracterização de dois novos materiais nanoestruturados a base oligômeros poliédricos de silsesquioxanos (POSS). O primeiro tipo de material precursor foi sintetizado a partir da reação do Octakis(3-cloropropil)octasilsesquioxano (POSS-Cl) com o ligante 3-amino-1,2,4-triazol-5-ácido carboxílico (ATZAc), resultando no POSS-ATZAc. O segundo tipo envolveu a preparação de um dendrímero de segunda geração por meio da organofuncionalização do núcleo POSS com grupos orgânicos de terminação amino. Esse segundo tipo de material foi denominado de POSS-DG2.0. Ambos os materiais precursores foram utilizados na imobilização dos complexos organometálicos [W(CO)3Br2(NCCH3)2] (W), [Mo(CO)3Br2(NCCH3)2] (Mo-I) e [Mo(η3-C3H5)Br(CO)2(NCCH3)2] (Mo-II) nas respectivas esferas de coordenação de suas superfícies, dando origem a seis novos catalisadores heterogêneos. As etapas de preparação dos catalisadores heterogêneos foram caracterizados por Análise Elementar (C, N, H e Mo ou W), Espectroscopia na Região do Infravermelho (FTIR), Ressonância Magnética Nuclear de 29Si e 13C no Estado Sólido (RMN), Difração de Raios-X (DRX), Análise Termogravimétrica (TGA), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Espectroscopia de Energia Dispersiva de Raios-X (EDX). Nos estudos de imobilização foi observado que o sorção de cada complexo foi dependente do tempo, concentração e temperatura. De modo geral, os modelos de Langmuir e pseudo-segunda ordem foram os mais adequados para descrever os dados de concentração e cinética. Os parâmetros termodinâmicos ΔG, ΔH e ΔS foram avaliados e os resultados mostraram que a imobilização dos complexos sobre cada suporte foi um processo espontâneo, endotérmico e favorável, respectivamente. Após os estudos de imobilização e com o propósito de aplicação em catálise, os novos catalisadores POSS-ATZAc-W, POSS-ATZAc-Mo-I, POSS-ATZAc-Mo-II, POSS-DG2.0-W, POSS-DG2.0-Mo-I e POSS-DG2.0-Mo-II foram testados na epoxidação catalítica das olefinas 1-octeno, cicloocteno, (S)-limoneno, cis-3-hexen-1-ol, trans-3-hexen-1-ol e estireno, usando terc-butil hidroperóxido (TBHP) como oxidante e comparados com seus respectivos catalisadores homogêneos e gerações anteriores. Os catalisadores dendríticos foram os que apresentaram melhores atividades catalíticas. Os catalisadores heterogêneos foram submetidos a testes de lixiviação e todos permanecem com alta atividade catalítica mesmo após cinco ciclos. / This work describes the synthesis and characterization of two new nanostructured materials based on polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS). The first type of precursor material was synthesized from the reaction of Octakis(3-Chloropropyl) octasilsesquioxane (POSS-Cl) with 3-amino-1,2,4-triazole-5-carboxylic acid ligand (ATZAc), resulting in the POSS-ATZAc. The second type involves the preparation of a dendrimer of the second generation through organofunctionalization of the POSS core with organic groups of amino termination. This second type of material was called POSS-DG2.0. Both precursor materials were used in the immobilization of the organometallic complexes [W(CO)3Br2(NCCH3)2] (W), [Mo(CO)3Br2(NCCH3)2] (Mo-I) and [Mo(η3-C3H5)Br(CO)2(NCCH3)2] (Mo-II) in their respective coordination spheres of its surfaces, resulting in six new heterogeneous catalysts. The steps of preparation of the heterogeneous catalysts were characterized by Elemental Analysis (C, N, H and Mo or W), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), 13C and 29Si Nuclear Magnetic Resonance in the Solid State (NMR), X-ray diffraction (XRD), Thermogravimetric Analysis (TGA), Scanning electron microscopy (SEM), and Energy Dispersive X-ray spectroscopy (EDX). In the immobilization studies we observed that the immobilization of each complex was dependent of the time, concentration and temperature. The Langmuir and pseudo-second order were most appropriate to describe the concentration and kinetics data. The thermodynamic parameters ΔG, ΔH and ΔS were evaluated and the results showed that the immobilization of the complexes on each support was a spontaneous, favorable and endothermic process, respectively. After the studies of immobilization and with the purpose of application in catalysis, the new catalysts POSS-ATZAc-W, POSS-ATZAc-Mo-I, POSS-ATZAc-Mo-II, the POSS-DG2.0-W, POSS-DG2.0-Mo-I and POSS-DG2.0-Mo-II were tested in the catalytic epoxidation of the olefins 1-octene, cyclooctene, (S)-limonene, cis-3-hexen-1-ol, trans-3-hexen-1-ol and styrene, using tert-butyl hydroperoxide (TBHP) as oxidant and compared with their respective homogeneous catalysts and previous generations. The dendritic catalysts showed the best catalytic activity. Heterogeneous catalysts were subjected to leaching tests and all remain with a high catalytic activity even after being used for at least five cycles. / FAPESP: 2014/05566-5

Na busca por fontes renováveis de energia que visam substituir os recursos petrolíferos, o qual é utilizado como a principal matéria-prima para obter diversos produtos, o etanol e o biodiesel surgem como alternativas sustentáveis, pois são derivados da biomassa, que é renovável. Este trabalho teve por finalidade avaliar as diferentes fases (hidrotalcitas, óxidos mistos e metálicas) dos catalisadores tipo hidróxidos duplos lamelares compostos de MgAl e CaAl, contendo cobre ou não e aplica-los nas reações do etanol e na transesterificação metílica de óleo de soja. As amostras foram preparadas pelo método de coprecipitação contínua em pH constante. Os óxidos foram obtidos após o tratamento térmico. A caracterização das amostras foi realizada através das análises de SBET, TG/DTA, DRX, TPR-H2, TPD-CO2 e TPO/DTA. Nas reações do etanol os catalisadores foram avaliados como: hidrotalcita, óxidos e fase metálica, com a presença do cobre. A faixa de temperatura estudada foi de 250-350 °C. Os resultados mostraram que a presença do cobre no catalisador melhora significativamente a conversão de etanol, a qual passa de valores inferiores a 20% para aproximadamente 100%. Os principais produtos obtidos foram acetaldeído, butanal, acetato de etila, acetona e eteno e como produtos secundários, C3, C4, e éter etílico. As amostras CuMgAl e CuCaAl, com 40% de Cu na composição, apresentaram as maiores conversão de etanol, mesmo quando não calcinadas, indicando que a etapa de tratamento térmico e redução podem ser evitadas para estas amostras. A alta seletividade para desidrogenação foi responsável pela transformação das hidrotalcitas e dos óxidos mistos em fase metálica durante a reação de etanol. Nas reações de transesterificação foram avaliadas as fases hidrotalcita/hidrocalumita, óxidos mistos e puros. A reação foi realizada a 65 °C em reator batelada, com razão molar 9:1 de metanol/óleo, 1% de catalisador, por 4 h. A análise dos produtos foi realizada por espectroscopia no infravermelho (FTIR) e por cromatografia gasosa (GC). Os catalisadores que apresentaram maior eficiência na obtenção dos ésteres metílicos em biodiesel foram C-CaO e C-Ca80Al com rendimentos superiores a 94%. Os resultados demostraram que os catalisadores proporcionam melhor desempenho das reações supracitadas, indicando um excelente sistema a ser aplicado. / The search for renewable energy sources to replace petroleum, which is used as the main raw material to obtain various products, ethanol and biodiesel emerge as sustainable alternatives because they are derived from renewable biomass. The objective of this work was to evaluate the different phases (hydrotalcites, mixed oxides and metallic) of the lamellar hydroxides type catalysts composed of MgAl and CaAl, containing copper or not and apply them in the reactions of ethanol and in the methyl transesterification of soybean oil. Samples were prepared by the continuous coprecipitation method at constant pH. Mixed oxides were obtained after thermal treatment. The solids were characterized by surface area measurements (SBET), XRD, TG/DTA, H2-TPR, TPD-CO2, and TPO/DTA. For the ethanol reactions, the catalysts were evaluated as: hydrotalcite, mixed oxide and metallic phases. The catalytic runs were performed at temperatures from 250 to 350 °C. The results showed that the presence of copper in the catalyst significantly improves the ethanol conversion from below 20% to approximately 100%. The main products obtained were acetaldehyde, butyraldehyde, ethyl acetate, acetone and ethylene and as by-products, C3, C4, ethyl ether. CuMgAl and CuCaAl samples, with 40% Cu in the composition, showed the highest conversion of ethanol, even when uncalcined, indicating that the heat treatment and reduction step can be avoided for this samples. The high selectivity for dehydrogenation was responsible for the transformation of hydrotalcites and mixed oxides in the metallic phase during the ethanol reaction. The transesterification reaction of soybean oil with methanol was performed with hydrotalcite/hydrocalumite and mixed oxide phases. The reaction was carried out at 65 °C in a batch reactor with a 9/1 molar ratio of methanol/oil, a catalyst/oil ratio of 1% (w/w) for 4 h. The products were analyzed by infrared spectroscopy with Fourier Transform (FTIR) and by gas chromatography (GC). The catalysts C-CaO and C-Ca80Al presented the higher conversion into methyl esters, having conversions greater than 94%. The results showed that the catalysts provide better performance of the reactions mentioned above, indicating an excellent system to be applied.

Submitted by Fernanda Rodrigues de Lima (fernanda.rlima@ufpe.br) on 2018-08-06T20:28:22Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Enio Dikran Vascocelos Bruce.pdf: 5890804 bytes, checksum: 2a437c013fd473b95944d8bd75e65ffd (MD5) / Approved for entry into archive by Alice Araujo (alice.caraujo@ufpe.br) on 2018-08-08T20:59:45Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Enio Dikran Vascocelos Bruce.pdf: 5890804 bytes, checksum: 2a437c013fd473b95944d8bd75e65ffd (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-08T20:59:45Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Enio Dikran Vascocelos Bruce.pdf: 5890804 bytes, checksum: 2a437c013fd473b95944d8bd75e65ffd (MD5) Previous issue date: 2017-06-09 / FACEPE / Na perspectiva de uma futura escassez dos combustíveis derivados do petróleo, uma alternativa que vem sendo utilizada para produção de biocombustíveis é o uso de óleos residuais com alto teor de ácidos graxos livres. O presente trabalho teve como objetivo estudar o craqueamento termo-catalítico do ácido mirístico (AM) como composto modelo de óleos residuais visando à produção de bio-óleo para uso como biocombustíveis e produtos químicos. Foram preparados catalisadores de molibdênio (10% Mo), via impregnação úmida, em suportes com diferentes níveis de acidez: SiO₂, γ-Al₂O₃, SiO₂-Al₂O₃e HZSM-5, também usados como catalisadores. Os materiais preparados foram caracterizados por análise termogravimétrica (TG/DTG), difração de raios-X (DRX), medida de área superficial específica (BET), infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), espectrometria de fluorescência de raios-X por energia dispersiva (EDX), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e acidez via dessorção de piridina. Os craqueamentos termo-catalíticos foram realizados via TG e Py-GC/MS. Resultados de DRX mostram a fase MoO₃ presente sobre o SiO₂ e formação de Al₂(MoO₄)₃, para MoO₃/Al₂O₃ e MoO₃/SiO₂-Al₂O₃. No MoO₃/HZSM-5 não foram observados picos característicos de Mo. A cinética de craqueamento do AM, com uso da equação de Flynn-Wall-Ozawa, apresentou energias de ativação globais de 80 kJ mol-1 para o AM puro e de 100, 207, 187 e 215 kJ mol-1 para a reação em presença de SiO₂, γ-Al2O₃, SiO₂-Al₂O₃ e HZSM-5, respectivamente e de 61, 145, 138 e 134 kJ mol-1, para os catalisadores contendo Mo. Observa-se nos catalisadores MoO₃/γ-Al₂O₃, MoO₃/SiO₂-Al₂O₃ e MoO₃/HZSM-5 que a presença de molibdênio diminuiu a energia de ativação quando comparado com o craqueamento utilizando os catalisadores sem Mo. Os resultados de pirólise mostram que o teor de hidrocarbonetos (HC) aumentou de 70,8% para 84,3%, 85,9%, 96,9% e 98,4%, na presença de SiO₂, γ-Al₂O SiO₂-Al₂O₃ e HZSM-5, respectivamente, sugerindo uma possível correlação da acidez do catalisador com a quantidade de HC formados.Com relação à minimização de oxigenados,a HZSM-5 e sílica-alumina se destacaram frente aos demais, apresentando teor de 0,57% e 0,6%, respectivamente. / Due to the future shortage of fuels derived from crude oil, the production of biofuels from residue oils with high content of free fatty acids is an attractive alternative. The aim of the present work is to study the thermo-catalytic cracking of myristic acid (MA) as a model compound of residue oils for the production of biofuels. Molybdenum catalysts (10% Mo) were prepared incipient wetness impregnation over supports with different acidity: SiO₂, γ-Al₂O₃, SiO₂ -Al₂O₃ and HZSM₋5. Catalysts were characterized by thermogravimetric analysis (TG / DTG), X-ray diffraction (XRD), specific surface area (BET), infrared spectroscopy (FTIR), X-ray fluorescence spectrometry (EDX), scanning electron microscopy (SEM) and acidity via desorption of pyridine. Catalytic cracking was performed via TG of MA for kinetic measurements and via a micropyrplyser system coupled to a GC/MS analyzer. XRD results show the MoO₃ phase when supported over SiO₂, and formation of Al₂(MoO₄)₃ when supported over Al₂O₃ and SiO₂-Al₂O₃. No Mo peaks were observed for MoO₃/HZSM-5. The kinetic model of MA cracking was developed using the Flynn-Wall-Ozawa equation, showing global apparent activation energies of 80 kJ mol-1 for the pure AM of 100, 207, 187 and 215 kJ mol-1 for the reaction in the presence of SiO₂, γ-Al₂O₃, SiO₂-Al₂O₃ and HZSM-5 respectively and 61, 145, 138 and 134 kJ mol-1, respectively for the Mo-containing catalysts MoO₃/γ-Al₂O₃, MoO₃/SiO₂-Al₂O₃ and MoO₃/HZSM-5. The presence of Mo decreased the activation energy when compared to cracking over catalysts without Mo. These values suggest that the presence Mo promoted the production of different products through different reactions pathways. Cracking results from the micro-pyrolyser reactions show that hydrocarbon content increased from 70.8% for pure MA to 84.3%, 85.9%, 96.9% and 98.4%, respectively for the cracking in the presence of SiO₂, γ-Al₂O₃, SiO₂-Al₂O₃ and HZSM-5, suggesting a possible correlation of the acidity of the catalyst with the amount of HC formed. The cracking in the presence of HZSM-5 and SiO₂-Al₂O₃ produced the least amount of oxygen compounds.

Submitted by Pedro Barros (pedro.silvabarros@ufpe.br) on 2018-09-20T22:58:48Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Jean Héliton Lopes dos Santos.pdf: 6194155 bytes, checksum: 35b87ee161c6511acb52b9358525bfb3 (MD5) / Approved for entry into archive by Alice Araujo (alice.caraujo@ufpe.br) on 2018-09-21T17:06:22Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Jean Héliton Lopes dos Santos.pdf: 6194155 bytes, checksum: 35b87ee161c6511acb52b9358525bfb3 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-21T17:06:22Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Jean Héliton Lopes dos Santos.pdf: 6194155 bytes, checksum: 35b87ee161c6511acb52b9358525bfb3 (MD5) Previous issue date: 2017-08-15 / A conversão da biomassa em produtos químicos e combustíveis renováveis tem recebido uma atenção significativa como um meio para a sociedade sustentável. A biomassa mais abundante é a celulose, e sua conversão em produtos químicos finos é uma questão importante e um grande desafio nos campos de pesquisa de energia e meio ambiente. Muitos estudos relativos à conversão catalítica direta de celulose em produtos de química fina estão sendo desenvolvidos. Um intermediário importante desta síntese é a isossorbida, que tem aplicação ampla em produtos farmacêuticos, produtos químicos, polímeros e em biocombustíveis. Sua produção industrial ocorre pela desidratação de sorbitol usando um catalisador ácido forte. Entre os catalisadores heterogêneos, os catalisadores metálicos suportados têm sido apontados como uma escolha atraente para promoverem a transformação da celulose devido à sua atividade e estabilidade. O objetivo principal deste trabalho foi a obtenção da isossorbida a partir da conversão da celulose, utilizando catalisadores à base de Rutênio suportado em carvão ativado, funcionalizado. Foram preparados carvões e carvões ativados quimicamente (agentes ativantes ZnCl₂ e HNO₃) oriundos do bagaço de cana-de-açúcar do processo de etanol de segunda geração. Carvões estes denominados de CBᴢₙ, CBʜɴᴏ₃, CB e CC (carvão comercial). Os catalisadores de Ru e Pd suportados em carvões ativados foram preparados por impregnação úmida, de forma a se obter um teor metálico de 5%. Na caracterização desses materiais foram utilizadas as técnicas como análise imediata, análise elementar, espectroscopia de fluorescência de raios-X por dispersão de energia (FRX-EDS), difração de raios X (DRX), medida de área superficial por adsorção de N₂ (BET), microscopia eletrônico de varredura (MEV), espectroscopia de infravermelho de transformada de Fourier (FTIR), análise termogravimétrica (ATG), determinação do pH do ponto de carga zero (pHᴘᴄᴢ). Os produtos obtidos foram quantificados por cromatografia líquida de alta eficiência. Foram estudadas transformações da celulose a isossorbida com 4 catalisadores: Ru/CC, Ru/CBᴢₙ, Pd/CC e Pd/CBᴢₙ. Condições experimentais: reator Parr sob pressão de H2 (3,5 MPa), massa de catalisador de 0,2 g, temperatura de 235°C, pH 4,5 do meio reacional, agitação de 500 rpm e tempo de reação de 6 horas; massa de celulose de 2 g em 200 mL de água deionizada. Resultados de EDXFR indicaram incorporação de 4,5% e 4,3% para Ru/CC e Ru/CBᴢₙ, 5,2% e 4,6% para Pd/CC e Pd/CBᴢₙ, a caracterização estrutural demostrou que não houve mudanças significativas em suas estruturas. O carvão ativado com zinco apresentou uma acidez favorável abaixo do pH 5. As avaliações cinéticas evidenciaram uma conversão da celulose acima de 70%, com rendimentos máximos em isossorbida de 30, 25, 15 e 20% e seletividade máxima em isossorbida de 40, 33, 20 e 19% para os catalisadores Ru/CC, Ru/CBᴢₙ, Pd/CC e Pd/CBᴢₙ, respectivamente. À cinética de reação foram aplicados os modelos cinéticos pseudo-homogênio e Langmuir-Hinshelwood, e foi evidenciado um bom ajuste para ambos os modelos, os quais descreveram bem os dados experimentais. O trabalho demonstrou uma perspectiva promissora de conversão da celulose para geração de produtos químicos finos, como a isossorbida. / The conversion of biomass into chemicals and renewable fuels has received significant attention as a means for sustainable society. The most abundant biomass is cellulose, and its conversion into fine chemicals is an important issue and a major challenge in the fields of energy and environment research. Many studies on the direct catalytic conversion of cellulose into fine chemicals are being developed. An important intermediary of this synthesis is isosorbide, which has broad application in pharmaceuticals, chemicals, polymers and biofuels. Its industrial production occurs by the dehydration of sorbitol using a strong acid catalyst. Among the heterogeneous catalysts, supported metal catalysts have been singled out as an attractive choice to promote cellulose transformation due to their activity and stability. The aim of this work was to obtain isosorbide from cellulose conversion using catalysts based on ruthenium supported on activated carbon. Chemically activated carbons and charcoals were prepared (activating agents ZnCl₂ and HNO₃) derived from sugarcane bagasse second-generation ethanol process. These carbons are referred to as CBᴢₙ, CBʜɴᴏ₃, CB and CC (commercial coal). The Ru and Pd catalysts supported on activated carbons were prepared by wet impregnation to obtain a mass metallic content of 5%. In the characterization of these materials, the following techniques were used: immediate analysis, elemental analysis, X-ray fluorescence spectroscopy by energy dispersion (FRX-EDS), X-ray diffraction (XRD), surface area measurement by adsorption of N₂ (BET), scanning electron microscopy (SEM), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), thermogravimetric analysis (ATG), pH determination of the zero charge point (pHPCZ). The products obtained were quantified by high performance liquid chromatography. Transformations of the cellulose to isosorbide with four catalysts were studied: Ru/CC, Ru/CBᴢₙ, Pd/CC and Pd/CBᴢₙ. Experimental conditions: Parr reactor under H2 pressure (3.5 MPa), catalyst mass of 0.2 g, temperature of 508K, pH 4.5 of the reaction medium, stirring of 500 rpm and reaction time of 6 hours; 2 g cellulose mass in 200 ml of deionized water. EDXFR results showed incorporation of 4.5% to 4.3% and Ru/CC and Ru/CBᴢₙ, 5.2% and 4.6% for Pd/CC and Pd/CBᴢₙ, structural characterization has shown that there were no changes significant in their structures. The zinc activated carbon had a favorable acidity below pH 5. The kinetic evaluations evidenced a cellulose conversion above 70%, with maximum yields in isosorbide of 30, 25, 15 and 20% and maximum selectivity in isosorbide of 40, 33, 20 and 19% for the Ru/CC, Ru/CBᴢₙ, Pd/CC and Pd/CBᴢₙ, respectively. To the reaction kinetics were applied kinetic models pseudo-homogeneous and Langmuir-Hinshelwood, and it was demonstrated a good fit for both models, which describe well the experimental data. The work demonstrated a promising perspective of conversion of cellulose to generation of fine chemicals, such as isosorbide.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5790.pdf: 8879884 bytes, checksum: 256bcf8b3832d498d50cb0b4fea7cecc (MD5) Previous issue date: 2014-02-25 / Universidade Federal de Sao Carlos / The increasing demand for it in today s world and the problems caused by fossil fuel usage lead to a search for alternative sources that may integrate the world s energy matrix. In this context, because this product is essential to technological, social and environmental development of a country, biofuels like ethanol and biodiesel are strong candidates to minimize the worries about energy availability. Biodiesel is often produced by transesterification reaction using homogeneous catalyst as sodium hydroxide (NaOH) or potassium hydroxide (KOH). However, these materials present issues like the soap formation and need for additional steps in the process to neutralize and purify the product in order to be under specification of Brazilian National Agency of Petroleum, Natural Gas and Biofuels. This fact has stimulated research to find new materials to replace the current route of biofuels production and one promising material is the heterogeneous catalyst. With this motivation, this work presents a new alternative to the synthesis of a solid recently classified as heterogeneous catalyst, the MCM-41, aiming the minimization of costs for its production. The material was synthesized using sodium trisilicate as silica source and it was later tested, without modification, in transesterification reaction between an ester and an alcohol. The results showed catalyst activity and the conversion was around 40%, but its reuse reveals intense loss of activity because of CTA+ cations removal. However, new techniques are under development to guarantee more stability to the catalyst. / A demanda por energia no mundo atual e os problemas que os combustíveis fosseis oca-sionam, tem impulsionado a procura por fontes alternativas de energia que associadas as fontes já utilizadas possam suprir toda a necessidade energetica. Neste contexto, sabendo que esse produto e essencial para o desenvolvimento tecnológico, social e ambiental de um país, os combustíveis líquidos baseados em biomassa sao fortes candidatos a garantir a se¬gurança energetica mundial, o etanol e o biodiesel são exemplos de produtos com potencial para esse fim. O biodiesel e comumente obtido atraves da reação de transesterificação na presença de catalisadores homogêneos como o hidróxido de sodio (NaOH) ou de potassio (KOH). Entretanto o uso desses materiais apresenta problemas como a possibilidade de formação de sabões e a necessidade de etapas adicionais ao processo para neutralizar e purificar o biodiesel deixando-o dentro das especificações estabelecidas pela Agencia Naci¬onal do Petroleo, Gás Natural e Biocombustóveis. Este fato tem estimulado pesquisas no sentido de sugerir materiais que possam substituir o caminho utilizado atualmente, um desses materiais seria o catalisador heterogeneo. Diante deste cenario, o presente trabalho propoe uma rota alternativa para a síntese de um solido recentemente classificado com catalisador heterogeneo, a CTA-MCM-41, visando minimizar os custos de obtenção deste catalisador. O sílido foi sintetizado utilizando como fonte de sílica o trissilicato de sodio e posteriormente testado sem nenhuma modificacao numa reação modelo entre um ester e um alcool e na reação de transesterificação de oleos vegetais. Os resultados mostram que o catalisador apresentou atividade nas duas reacães, atingindo conversões em torno 40% porém o reuso do catalisador revela uma intensa perda de atividade devido a remoçcaão dos cations CTA+. Entretanto novas tecnicas estao sendo desenvolvidas para garantir uma maior estabilidade ao catalisador.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Nos últimos anos, a busca por fontes de energia renováveis e o desenvolvimento de novas tecnologias para a produção de biocombustíveis têm sido objeto de intensa investigação. O biodiesel é um combustível biodegradável, derivado de fontes renováveis e é obtido em escala industrial principalmente através da reação de transesterificação de óleos vegetais e/ou gorduras animais com metanol na presença de catalisadores homogêneos, como NaOH. Entretanto, a utilização de catalisadores heterogêneos tem sido sugerida por diversos autores, por apresentar vantagens como a eliminação dos problemas de separação e purificação dos produtos obtidos. No presente trabalho foi investigada a produção de biodiesel a partir da transesterificação do óleo de soja com metanol utilizando óxidos mistos de Zn e Al como catalisadores sólidos básicos. A influência das variáveis: temperatura, concentração de catalisador e relação molar metanol/óleo de soja na produção de biodiesel foi avaliada. Os catalisadores preparados apresentaram predominantemente sítios básicos e foram ativos frente à reação estudada, sendo os resultados mais promissores apresentados pelo óxido misto com relação molar Al/(Al+Zn)=0,50, obtido por tratamento térmico à 450C, que apresentou rendimentos em ésteres metílicos de até 98,5% sob condições específicas. A metodologia da superfície de resposta foi utilizada visando estabelecer as condições ótimas para maximizar o rendimento em ésteres metílicos, tendo sido encontradas a temperatura de 165oC e a concentração de catalisador de 5,8% m/m em relação massa de óleo, no caso da relação molar metanol/óleo de soja limitada em 15. Essa limitação teve como objetivo garantir um processo viável em escala comercial / Recently the search for renewable energy sources and new technologies for biofuel production have become the aim of several researches. Biodiesel is a biodegradable fuel, derived from renewable sources, and produced in industrial scale, mainly by the transesterification reaction of vegetable oils and/or animal fats with methanol, in the presence of homogeneous catalysts, such as NaOH. However the use of heterogeneous catalysts has been suggested by several authors, due to their great advantages, such as the elimination of separation problems and purification of the products. In the present work, the production of biodiesel from transesterification of soybean oil with methanol, using Zn,Al-mixed oxides as solid basic catalysts, was investigated. The influence of variables such as temperature, concentration of catalyst and methanol/soybean oil molar ratio on biodiesel production was evaluated. The catalysts prepared showed predominantly basic sites and were active for the studied reaction; and the most promising results, presented by the mixed oxide with Al/(Al + Zn) molar ratio = 0.50 obtained by heat treatment at 450C, showed methyl esters yields of up to 98.5%, under specific conditions. The response surface methodology was used to establish the optimum conditions to maximize methyl esters yield. Reaction temperature of 165oC and catalyst concentration of 5.8 wt% referred to mass of oil using methanol/soybean oil molar ratio limited by 15 were the optimum experimental conditions. This limitation had the goal to guarantee a viable commercial scale

Nesse trabalho foram produzidas lipases da levedura Pseudozyma hubeiensis (HB85A) em reator de 14 L. Após produção da enzima, a lipase foi imobilizada por adsorção em suporte hidrofóbico por processo contínuo em reator de leito fixo. As melhores condições de imobilização foram: tempo de imobilização de 2 h e 29 min., pH de 4,76 e quantidade de enzima livre adicionada por grama de suporte de 1282 U/ g de suporte, sendo que, a máxima atividade da lipase imobilizada obtida foi de 143 U/g de suporte. O sobrenadante contendo lipase e o biocatalisador heterogênio foram caracterizados por planejamento fatorial. A máxima atividade da enzima imobilizada (71 U/g de suporte) foi obtida em pH 6,0 à temperatura de 52 °C. A imobilização da lipase resultou em um aumento na estabilidade dessa enzima em temperaturas altas, pH ácidos e neutros, presença de detergentes não-iônicos e altas concentrações de solventes orgânicos como iso-propanol, metanol e acetona. Foi possível a reutilização da lipase imobilizada por apenas uma vez na reação de hidrólise, havendo uma perda de 72 % da atividade após o primeiro reuso. Analisou-se ainda a estabilidade da lipase livre e imobilizada durante 40 dias de armazenamento a 4 °C. Durante o período de armazenamento, a lipase imobilizada manteve 50 % de sua atividade original e a lipase livre apresentou 80 %. O catalisador heterogêneo foi testado quanto a sua eficácia na produção de biodiesel. A reação de transesterificação foi realizada na ausência de co-solvente utilizando-se como matérias-primas metanol, etanol e iso-propanol e quatro fontes diferentes de triglicerídeo (óleo de soja, óleo de mamona, óleo residual de restaurante e a gordura bovina). A partir dos testes realizados, obteve-se um rendimento máximo quanto à produção de biodiesel de 3,15 % utilizando-se óleo de mamona e iso-propanol como matéria-prima pelo período de 24 h. A produção de biodiesel utilizando diferentes quantidades de lipase imobilizada e também a lipase livre como catalisador foi testada na presença de hexano, iso-propanol e óleo de mamona pelo período de 24 h nas temperaturas de 40, 50 e 60 °C. No entanto, não houve produção de biodiesel nas condições analisadas. / In this work, lipases from yeast Pseudozyma hubeiensis (strain HB85A) were produced in a 14 L reactor. After lipase from yeast P. hubeiensis (strain HB85A) production, the enzyme was immobilized by adsorption in polyestyrene divinylbenzene hydrophobic support in a packet bed column. The best conditions for lipase immobilization were: 2 h and 29 min. immobilizing time, pH 4.76 and rate of free enzyme added per gram of support equal to 1282 U/g. The maximum activity of immobilized lipase was reached of 143 U/g. The lipases of P. hubeiensis (HB85A) supernatant culture and the heterogeneous catalyst were characterized through response surface methodology by factorial design. The maximum activity of immobilized lipase was reached for a support rate of 71 U/g, with pH 6.0 and temperature of 52 °C. It was detected that lipase immobilization increased enzyme stability under high temperatures, neutral and acid pH levels, non-ionic detergent and high concentration of organic solvent like iso-propanol, methanol and acetone. The reuse of immobilized lipase was possible only once for hydrolysis reaction, with activity losses of 72 % after first re-use. Also, it was tested lipase stability in a period of 40 days, under 4 °C storage conditions. During storage period, immobilized lipase kept 50 % of its original activity. Free lipase kept 80 %. After the development of heterogeneous catalyst, its efficiency as catalyst for biodiesel production was analyzed in this study. The transesterification reaction was tested in co-solvent absence using as raw material three differents sources of alcohols (methanol, ethanol and iso-propanol) and four differents triglicerides source (soybean oil, castor oil, waste cooking oil and bovine fat) and as catalystis the immobilized lipase. Based in test results, the maximum biodiesel production yield was 3.15 % using castor oil and methanol as raw material for 24 h. The biodiesel production was also tested with different amount of immobilized lipase and with free lipase as catalystis at the presence of methanol, castor oil and the co-solvent hexane for 24 h at 40, 50 e 60 °C. However there was no biodiesel production at the tested conditions.

Nesse trabalho foram produzidas lipases da levedura Pseudozyma hubeiensis (HB85A) em reator de 14 L. Após produção da enzima, a lipase foi imobilizada por adsorção em suporte hidrofóbico por processo contínuo em reator de leito fixo. As melhores condições de imobilização foram: tempo de imobilização de 2 h e 29 min., pH de 4,76 e quantidade de enzima livre adicionada por grama de suporte de 1282 U/ g de suporte, sendo que, a máxima atividade da lipase imobilizada obtida foi de 143 U/g de suporte. O sobrenadante contendo lipase e o biocatalisador heterogênio foram caracterizados por planejamento fatorial. A máxima atividade da enzima imobilizada (71 U/g de suporte) foi obtida em pH 6,0 à temperatura de 52 °C. A imobilização da lipase resultou em um aumento na estabilidade dessa enzima em temperaturas altas, pH ácidos e neutros, presença de detergentes não-iônicos e altas concentrações de solventes orgânicos como iso-propanol, metanol e acetona. Foi possível a reutilização da lipase imobilizada por apenas uma vez na reação de hidrólise, havendo uma perda de 72 % da atividade após o primeiro reuso. Analisou-se ainda a estabilidade da lipase livre e imobilizada durante 40 dias de armazenamento a 4 °C. Durante o período de armazenamento, a lipase imobilizada manteve 50 % de sua atividade original e a lipase livre apresentou 80 %. O catalisador heterogêneo foi testado quanto a sua eficácia na produção de biodiesel. A reação de transesterificação foi realizada na ausência de co-solvente utilizando-se como matérias-primas metanol, etanol e iso-propanol e quatro fontes diferentes de triglicerídeo (óleo de soja, óleo de mamona, óleo residual de restaurante e a gordura bovina). A partir dos testes realizados, obteve-se um rendimento máximo quanto à produção de biodiesel de 3,15 % utilizando-se óleo de mamona e iso-propanol como matéria-prima pelo período de 24 h. A produção de biodiesel utilizando diferentes quantidades de lipase imobilizada e também a lipase livre como catalisador foi testada na presença de hexano, iso-propanol e óleo de mamona pelo período de 24 h nas temperaturas de 40, 50 e 60 °C. No entanto, não houve produção de biodiesel nas condições analisadas. / In this work, lipases from yeast Pseudozyma hubeiensis (strain HB85A) were produced in a 14 L reactor. After lipase from yeast P. hubeiensis (strain HB85A) production, the enzyme was immobilized by adsorption in polyestyrene divinylbenzene hydrophobic support in a packet bed column. The best conditions for lipase immobilization were: 2 h and 29 min. immobilizing time, pH 4.76 and rate of free enzyme added per gram of support equal to 1282 U/g. The maximum activity of immobilized lipase was reached of 143 U/g. The lipases of P. hubeiensis (HB85A) supernatant culture and the heterogeneous catalyst were characterized through response surface methodology by factorial design. The maximum activity of immobilized lipase was reached for a support rate of 71 U/g, with pH 6.0 and temperature of 52 °C. It was detected that lipase immobilization increased enzyme stability under high temperatures, neutral and acid pH levels, non-ionic detergent and high concentration of organic solvent like iso-propanol, methanol and acetone. The reuse of immobilized lipase was possible only once for hydrolysis reaction, with activity losses of 72 % after first re-use. Also, it was tested lipase stability in a period of 40 days, under 4 °C storage conditions. During storage period, immobilized lipase kept 50 % of its original activity. Free lipase kept 80 %. After the development of heterogeneous catalyst, its efficiency as catalyst for biodiesel production was analyzed in this study. The transesterification reaction was tested in co-solvent absence using as raw material three differents sources of alcohols (methanol, ethanol and iso-propanol) and four differents triglicerides source (soybean oil, castor oil, waste cooking oil and bovine fat) and as catalystis the immobilized lipase. Based in test results, the maximum biodiesel production yield was 3.15 % using castor oil and methanol as raw material for 24 h. The biodiesel production was also tested with different amount of immobilized lipase and with free lipase as catalystis at the presence of methanol, castor oil and the co-solvent hexane for 24 h at 40, 50 e 60 °C. However there was no biodiesel production at the tested conditions.