Orientador: Mauricio Boscolo / Banca: Diogo Paschoalini Volanti / Banca: João Batista Oliveira dos Santos / Banca: Altair Benedito Moreira / Banca: Fernanda Perpétua Casciatori / Resumo: A valorização do etanol e da biomassa de cana de açúcar utilizando reações catalisadas por óxidos é apresentada neste trabalho. Os óxidos utilizados são derivados de hidrotalcitas com a fórmula geral: Mg6Al2(CO3)(OH)16·4(H2O) e modificadas por íons Ag2+, Cu2+, Fe3+, La2+, Nb5+, Ni2+, In3+ e Pd2+. O material após a caracterização foi utilizado em reações empregando reatores de aço inox, buscando a conversão do etanol em produtos de maior peso molecular e valor agregado, principalmente através da reação de Guerbet. Os produtos obtidos foram analisados por cromatografia a gás (GC-FID e GC-MS) e os resultados foram comparados e discutidos com os dados da caracterização do material e com auxílio da literatura científica. A modificação do óxido por cada íon apresentou um perfil diferente de reação e produtos. Com o lantânio obtive-se maior conversão de etanol em produtos utilizando álcool hidratado, e uma quantidade significativa de compostos C6 e uma seletividade de 42% para hexanol, foram obtidos. Por outro lado, o melhor rendimento (~30%) na síntese de butanol foi obtido com óxido modificado pelo íon nióbio, enquanto a adição de prata promoveu a redução da atividade catalítica do óxido. Além da conversão de etanol, os resultados obtidos pelas reações com a adição de biomassa demonstraram que é possível desestruturar o material lignocelulósico e obter compostos fenólicos e furânicos provenientes da lignina e dos carboidratos, respectivamente. A presença de hidrogênio no meio... / Abstract: Increasing the value of ethanol and sugarcane biomass by reactions catalyzed by oxides is presented in this work. The oxides used are derived from hydrotalcites, whose general formula is: Mg6Al2 (CO3)(OH)16·4(H2O), modified by Ag, Cu, Fe, La, Nb, Ni, In or Pd. The catalysts synthesized were characterized by their surface area the number of acid and basic catalytic sites, X-ray diffraction and infrared spectroscopy. The conversion of ethanol into products of higher molecular weight and with added value, mainly through the Guerbet reaction, was performed in reactions in supercritical state using stainless steel reactors and oxides as catalysts. The products were analyzed by gas chromatography (GC-FID and GC-MS) and the results were compared with the available characterization data of the material and previous studies in the scientific literature. Oxide modification by each different ion showed a different reaction profile and different products. Lanthanum addition showed better results using anhydrous alcohol and a significant amount of C6 compounds, such as hexanol (42% selectivity), were obtained. On the other hand, the best yields (~30%) for butanol were obtained with the oxide modified by niobium, while the addition of silver led to the reduction of the catalytic activity of the oxide. The addition of biomass into a supercritical ethanol reaction showed that the lignocellulosic material can be deconstructed, phenolic, and furanic compounds from lignin and carbohydrates, ... / Doutor

Orientador: Celso Valentim Santilli / Banca: Leila Aparecida Chiavacci Favorin / Banca: Eduardo Ferreira Molina / Resumo: Neste trabalho a metodologia sol-gel foi utilizada para a preparação de materiais híbridos orgânico-inorgânicos (HOI) à base de óxido de poli-etileno (PEO), ligado de forma covalente com o agente acoplador 3(isocianatopropil) - trietoxisilano (IsoTREOS) conjugados com um material zeolítico do tipo MFI, visando aplicações como catalisador para a reação de acetilação do glicerol e assim agregar valor a esse coproduto gerado na produção do biodiesel. O objetivo desta dissertação é demonstrar que o sinergismo entre híbridos do tipo siloxano-poliéter e as zeólitas pode ser explorado na produção de hidrogéis com atividade catalítica. As análises por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) evidenciaram a homogeneidade na dispersão do material zeolítico na matriz híbrida Os difratogramas de raios-X apresentaram os picos característicos da estrutura cristalina da zeolita ZSM-5 após a conjugação com a matriz U-PEO. Os resultados de Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC) revelaram que não ocorre uma mudança significativa na temperatura de transição vítrea (Tg), após a conjugação da matriz híbrida com a zeólita e revelaram uma diminuição do pico endotérmico associado à fusão dos domínios cristalinos do PEO1900, indicando uma possível interação matriz-zeólita. As análises por Espectroscopia no Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR) confirmaram a interação entre a matriz híbrida e a zeólita pelo deslocamento das bandas associadas ao oxigênio tipo éter não coordenado. Medid... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In this work the sol-gel methodology was used for the preparation of organic-inorganic hybrid (HOI) materials based on polyethylene oxide (PEO) - covalently bonded with the coupling agent 3 (isocyanatopropyl) triethoxysilane (IsoTREOS) conjugate with a zeolitic material of the MFI type, aiming at applications as catalyst for glycerol acetylation reaction and thus add value to this byproduct generated in biodiesel production. The objective of this dissertation is to demonstrate that the synergism between siloxane-polyether hybrids and zeolites can be explored in the production of catalytic activity hydrogels. Scanning Electron Microscopy (SEM) analyzes showed homogeneity in the dispersion of zeolite material in the hybrid matrix. XDR patterns showed the characteristic peaks of the ZSM-5 zeolite crystal structure after conjugation with the U-PEO matrix. Differential Scanning Calorimetry (DSC) results revealed that no significant change in glass transition temperature (Tg) occurs after conjugation of hybrid matrix with zeolite and revealed a decrease in endothermic peak associated with fusion of crystalline domains of PEO1900., indicating a possible matrix-zeolite interaction. Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) analyzes confirmed the interaction between the hybrid matrix and zeolite by shifting the bands associated with uncoordinated ether oxygen. Small-angle X-ray Scattering (SAXS) measurements showed that the starting reagents in the solketal production reaction w... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

[pt] A reação de acoplamento C-C de Suzuki, desde a sua descoberta, sempre atraiu o interesse de diversos pesquisadores e encontrou aplicação em diversos campos tanto na academia como na indústria. Movidos pelos problemas ambientais que tanto preocupam nossa sociedade e pelos princípios da química verde, criados para guiar os químicos na direção de uma ciência sustentável, pesquisadores tem buscado criar catalisadores eficientes para essa reação, que consigam uma alta seletividade em condições reacionais brandas. O desenvolvimento de catalisadores heterogêneos é motivado pela sua fácil remoção do meio reacional e seu possível reuso para um elevado número de reações. Uma abordagem para criação desses catalisadores é a ancoragem de íons metálicos ou de nanopartículas (Nps) metálicas em suportes que facilitem seu manuseio, remoção e reuso. Neste trabalho foram sintetizadas nanopartículas de paládio (Nps Pd) estabilizadas por carboximetilcelulose (CMC), em cuja síntese foi utilizado o ácido L-ascórbico (AA) como agente redutor. Essas Nps foram caracterizadas por UV-VIS, FT-IR-ATR, DLS, potencial zeta, MEV e EDS. A reação de redução do 4-nitrofenol foi utilizada como teste preliminar para verificar a atividade catalítica dessas Nps e, em diferentes condições, a reação ocorreu com tempos que variaram de 3 a 10 minutos. Depois, foram empregadas três diferentes metodologias para a síntese de Nps Pd que utilizaram a CMC como agente redutor e estabilizador a fim de eliminar o uso do AA. As três Nps sintetizadas foram usadas para catalisar uma reação de acoplamento entre o ácido fenilborônico e o 4-iodofenol com rendimentos de 68-76 por cento em duas horas. As Nps que obtiveram maior rendimento foram escolhidas para dar prosseguimento ao projeto. Foram caracterizadas por UV-VIS, FT-IR-ATR, DLS, potencial zeta, MEV e EDS e foram utilizadas para catalisar mais três acoplamentos de Suzuki com rendimentos de 74 por cento a 86 por cento. Um suporte lignocelulósico, mecanicamente e termicamente resistente, feito a partir da biomassa de bambu foi funcionalizado com 1-oxil-2,2,6,6-tetrametilpiperidina (TEMPO) e caracterizado por FT-IR-ATR. Foi, então, impregnado para a imobilização de Na2PdCl4 (T_PdCl2) e das Nps Pd reduzidas e estabilizadas com CMC escolhidas (T_PdCMC_R). Os catalisadores desenvolvidos foram caracterizados por FT-IR-ATR, MEV e EDS. O catalisador T_PdCl2 foi utilizado em 4 reações seguidas com perdas de rendimento a cada reação (de 92,2 por cento até 18,4 por cento). Por ICP OES foi determinado que a quantidade de paládio lixiviada foi de 0,20 ppm na primeira reação e de 0,10 ppm nas reações seguintes. O catalisador T_PdCMC_R foi usado para a reação acoplamento entre ácido fenilborônico e 4-iodofenol e, em diferentes condições, obteve rendimentos de 35 por cento e 43 por cento. / [en] Suzuki C-C coupling reaction, since its discovery, has always attracted the interest of researchers and has found application in several fields both in academia and industry. Driven by environmental problems that concern our society so much and by the principles of green chemistry, created to guide chemists towards a sustainable science, researchers have sought to create efficient catalysts for this reaction, which achieve high selectivity in mild reaction conditions. The development of heterogeneous catalysts is motivated by its easy removal from the reaction medium and its possible reuse for a high number of reactions. One approach for creating these catalysts is to anchor metallic ions or metallic nanoparticles (Nps) in supports that facilitate their handling, removal and reuse. In this work, palladium nanoparticles (Nps Pd) reduced by ascorbic acid (AA) and stabilized by carboxymethylcellulose (CMC) were synthesized. These Nps were characterized by UV-VIS, FT-IR-ATR, DLS, zeta potential, SEM and EDS. The 4-nitrophenol reduction reaction was used as a preliminary test to verify the catalytic activity of these Nps and, under different conditions, the reaction occurred with times ranging from 3 to 10 minutes. Then, three different methodologies for the synthesis of Nps Pd using CMC as reducing and stabilizing agent were proposed in order to eliminate the use of AA. The three synthesized Nps were used to catalyze the coupling reaction between phenylboronic acid and 4-iodophenol with yields of 68-76 percent in two hours. The Nps that obtained the highest yield were chosen to be used in the next steps of the project. These Nps were characterized by UV-VIS, FT-IR-ATR, DLS, zeta potential, SEM and EDS and were used to catalyze three more Suzuki couplings with yields of 74-86 percent. A mechanically and thermally resistant lignocellulosic support, made of bamboo biomass, was functionalized with 1-oxyl-2,2,6,6-tetramethylpiperidine (TEMPO) and characterized by FT-IR-ATR. It was then impregnated for the immobilization of Na2PdCl4 (T_PdCl2) and the chosen Nps Pd reduced and stabilized by CMC (T_PdCMC_R). The developed catalysts were characterized by FT-IR-ATR, MEV and EDS. The catalyst T_PdCl2 was used in 4 reactions in a row with yield losses for each reaction (from 92.2 percent to 18.4 percent). By ICP OES it was determined that the amount of palladium leached was 0.20 ppm in the first reaction and 0.10 ppm in the following reactions. The catalyst T_PdCMC_R was used for the coupling reaction between phenylboronic acid and 4-iodophenol and, under different conditions, obtained yields of 35 percent and 43 percent.

Orientador: José Geraldo Nery / Banca: Eleni Gomes / Banca: José Manoel Marconcini / Resumo: Os principais objetivos do presente trabalho de pesquisa são a síntese de novos catalisadores zeolíticos, a avaliação de seus usos como possíveis matrizes para imobilização enzimática, e o uso desse complexo zeólita/enzima como catalisador para produção de biodiesel. Inicialmente foram sintetizadas duas classes de zeólitas: faujasita (FAU) e gismondina (GIS), em suas formas sódicas, e estas zeólitas foram convertidas para as formas Cu2+, Ni2+ e Zn2+ por troca iônica. Na sequência foi avaliado o potencial desses materiais zeolíticos para imobilização e atividade lipolítica da enzima (Lipase de Rhizomucor miehei) na reação de hidrólise do p-nitrofenil palmitato (pNPP) a p-nitrofenol (pNP). Os estudos de imobilização foram feitos variando os parâmetros térmicos do pré-tratamento do suporte zeolítico e o meio catiônico dominante. Os resultados obtidos mostraram que dos 16 suportes avaliados para imobilização enzimática, todos se mostraram capazes de imobilizar a enzima em questão e produzir atividade catalítica, no entanto, o melhor compromisso entre imobilização e atividade enzimática foi obtido pelo complexo LIPASE/GIS/Ni2+ pré-tratada a 200ºC. Este complexo que imobilizou 11,2 ± 0,6% da quantidade de enzima da solução e obteve uma atividade de 13,278 U/mg-suporte. Para as reações de transesterificação foram usados como catalisadores as zeólitas puras (GIS/Ni2+ e GIS/Zn2+), enzimas livres (Lipases de Rhizomucor miehei) e enzimas imobilizadas sobre as zeólitas (LIPASE/GIS/Ni2+ e LIPASE/GIS/Zn2+) para a produção de biodiesel a partir do óleo vegetal (óleo de soja). Os resultados obtidos indicaram que os dois complexos produziram biodiesel, no entanto, o teor de ésteres metílicos de 56,2% produzidos pelo suporte LIPASE/GIS/Ni2+ mostrou que houve... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The main goals of this research work are the syntheses of new zeolitic catalysts and their use as possible solid matrices for enzyme immobilization, and the study this complex zeolite/enzyme as a catalyst for biodiesel production. Initially, two different zeolites were synthesized: faujasite (FAU) and gismondine (GIS). The two zeolites were first prepared in their sodic forms and thereafter they were submitted to an ion exchange process in order to the replace the extra-framework Na+ by Cu2+, Ni2+ and Zn2+. The potential of these zeolitic materials for immobilization and lipolytic activity of the enzyme (Lipase from Rhizomucor miehei) was evaluated through the hydrolysis reaction from p-nitrophenyl palmitate (pNPP) to p-nitrophenol (pNP). Several immobilization studies were performed and two main parameters were singled out for this study: the thermal parameters or thermal stability of the zeolitic support and the main dominant cationic medium. The results showed that all of the 16 prepared zeolitic supports were not only able to immobilize the enzyme, but also they were able to show significant catalytic activity. However, the best compromise between immobilization and enzymatic activity was obtained with the complex LIPASE/GIS/Ni2+ pre-treated at 200°C, since it was able to immobilize 11.2 ± 0.6% of the amount of enzymes in solution and an activity of 13.278 U/mg-support. The transesterification reactions for the production of biodiesel from vegetable oils (soybean oil) were performed with the following catalysts: zeolite pure (GIS/Zn2+ and GIS/Ni2+), free enzymes (Lipases from Rhizomucor miehei) and immobilized enzymes on zeolites (LIPASE/GIS/Zn2+ and LIPASE/GIS/Ni2+). The results indicated that two zeolite/enzyme complexes were able to produce biodiesel, but the content... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

[pt] A preocupação ambiental é um tema que vem ganhando seu espaço em pesquisas de diversas áreas, é necessário que a dependência da utilização de combustíveis fósseis não aumente, para que os impactos gerados por eles no meio ambiente como a poluição e o efeito estufa sejam então controlados. Além disso, o uso de fontes alternativas como matéria-prima para a geração de energia possui grande importância nessa substituição. O presente trabalho visa avaliar o potencial do óleo de coco para a produção de um bio-óleo a partir da catálise heterogênea utilizando catalisadores metálicos de Ni e Mo suportados em sílica mesoporosa (SBA-15). Os catalisadores e o suporte foram sintetizados manualmente, calcinados e passaram por diversas análises de caracterização. Para a reação, utilizou-se a temperatura de 370 graus Celsius, pressão na faixa de 10 a 15 bar, e um tempo de reação de 2 horas. Após o bio-óleo ser produzido o mesmo foi filtrado e destilado, para se trabalhar na faixa do diesel. Por fim, o óleo passou por duas análises de caracterização, sendo elas, a determinação do ponto de fulgor e massa específica, para então avaliar o potencial do óleo de coco na substituição dos combustíveis tradicionais. A síntese do suporte e a impregnação dos catalisadores foi considerada satisfatória, pois os resultados se apresentaram de acordo com a literatura, mostrando que se tratam de materiais mesoporosos, e além disso, a presença dos metais foi comprovada. Após as análises de caracterização, o bio-óleo produzido a partir do catalisador de níquel foi considerado o melhor, visto que, suas propriedades ficaram dentro da faixa esperada (ponto de fulgor de 41 graus Celsius e uma massa específica de 0,8408 g/cm3) para um combustível derivado do petróleo, e além disso, teve uma eficiência de 45,05 porcento na redução da concentração de oxigênio. / [en] The environmental concern is a theme that has been gaining its place in several research, so it is necessary that the dependence on using fossil fuels must not increase, to control the impacts, like the pollution and the greenhouse effect, with are generate by them. Furthermore, the use of alternatives sources like feedstock to generation of energy has a big importance in this replacement. This work wants to evaluate the coconut oil s potential to produce a bio oil by heterogeneous catalysis using three metals catalysts (nickel, molybdenum and both of them) supported in a mesoporous silica. The catalysts and the support were manually synthesized, calcined and characterized. For the reaction, we used 370 Celsius degrees, a pressure in the range 10-15 bar and the time reaction was 2 hours. After the production of bio oil, it was filtrated and distillated, to work in the diesel range. Besides that, this oil was analyzed to determine two characteristics, flash point and specific mass, and with the result, we could evaluate the potential of coconut oil in the replacement of traditional fuels. The support s synthesis and the catalysts impregnation was considered satisfactory, because the results were presented according to the literature, showing that they are really mesoporous materials and besides that the presence of metals was proven. After characterization analyzes the bio oil produced by the nickel catalyst was considered the best, because your properties were within expected range (flash point equal 41 Celsius degrees and specific mass equal 0,8408 g/cm3 ), for a petroleum derived fuel, and had an efficiency of 45,05 percent in reducing oxygen concentration.