Orientador: Antonio Jose Gomez Cobo, Dominique Richard / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-24T21:32:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Moura_AdlerGomes_M.pdf: 3263047 bytes, checksum: da25a34b0978443f327a8dddaeb813dd (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: O presente trabalho tem o objetivo de estudar a influência do Ti sobre as propriedades de catalisadores à base de Ru, empregados na hidrogenação parcial do benzeno a ciclohexeno. Para tanto, catalisadores de Ru suportados em 'TI¿¿O IND. 2¿ e ¿AL IND. 2¿¿O IND. 3¿ foram preparados, a partir da impregnação incipiente dos suportes com solução aquosa de 'RU¿¿CL IND. 3¿. O sistema catalítico Ru/¿AL IND. 2¿¿O IND. 3¿ foi aditivado com diferentes teores de Ti, enquanto o sistema 'RU¿/¿TI¿¿O IND. 2¿, por sua vez, foi ativado a diferentes temperaturas de redução sob 'H IND. 2¿. Os catalisadores preparados foram caracterizados através de diversas técnicas físicas e químicas, tendo seus desempenhos avaliados na reação de interesse. A reação foi conduzida sob pressão de 'H IND. 2¿ de 5,0 Mpa e à temperatura de '100 GRAUS¿C, utilizando-se um reator do tipo ¿slurry¿ e metilciclohexano como solvente. Os resultados experimentais revelam que a adição de Ti ao sistema 'RU¿/¿AL IND. 2¿¿O IND. 3¿ aumenta a atividade catalítica e o rendimento em ciclohexeno, notadamente para baixos teores do aditivo. No caso dos sistemas 'RU¿/¿TI¿¿O IND. 2¿, a temperatura de ativação de '300 GRAUS¿C conduz ao melhor desempenho catalítico, frente aos catalisadores ativados a '150 GRAUS¿C, '250 GRAUS¿C, '400 GRAUS¿C e '500 GRAUS¿C¿ assim como quando comparado com o sistema 'RU¿/¿AL IND. 2¿¿O IND. 3¿ ativado a '300 GRAUS¿C / Abstract: The main objective of this work is to study the Ti influence over the properties of Ru catalysts, used in partial hydrogenation of benzene to cyclohexene. Thus, 'TI¿¿O IND. 2¿ and 'AL IND. 2¿¿O IND. 3¿-supported Ru catalysts were prepared by incipient support impregnation with aqueous solution of 'Ru¿¿CL IND.3¿. 'RU¿/¿AL IND. 2¿¿O IND. 3¿ catalytic system was prepated in various Ti contents, whilst 'RU¿/¿TI¿¿O IND. 2¿ system was activated in different reduction temperatures under 'H IND. 2¿ atmosphere. Prepared catalysts were characterized through several chemical and physic techniques, thus evaluating their performance in the reaction of interest. Reaction was carried out under 5,0 MPa 'H IND. 2¿ pressure and at temperature of '100 DEGREES¿C, in an agitated reactor using metylcyclohexane as solvent. The experimental results show that the Ti addition into the 'RU¿/¿AL IND. 2¿¿O IND. 3¿ system increases catalytic activity and the maximum cyclohexene yield, specially for low additive contents. For the 'RU¿/¿TI¿¿O IND. 2¿ systems, the activation temperature of '300 DEGREES¿C led to the best catalytic performance (higher cyclohexene yields), when compared to '150 DEGREES¿C, '250 DEGREES¿C, '400 DEGREES¿C AND '500 DEGREES¿C activated catalysts in the series, and when compared to the 'RU¿/¿AL IND. 2¿¿O IND. 3¿ systems, activated at '300 DEGREES¿C... Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Jose Claudio Moura / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-24T03:22:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_LorenaCristinaAlvesde_M.pdf: 6249393 bytes, checksum: be95471d21c35a291edd3db8de022c66 (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: A reação de oxidação parcial do metanol para a produção de formaldeído sobre catalisador de ferro-molibdênio é estudada em um microrreator tubular de leito fixo, com o objetivo de analisar a influência das relações molares água/metanol e oxigênio/metanol na taxa de reação e na seletividade. Já foi demonstrado que o nitrogênio do ar, utilizado no processo convencional de produção de formaldeído como inerte que tem a função de auxiliar o processo convectivo de remoção de calor, pode ser substituído por vapor de água e dessa forma reduzir a emissão de VOCs. na atmosfera. A coleta de dados cinéticos foi conduzida à pressão atmosférica em condições consideradas isotérmicas na faixa de temperatura entre 300 e '340 GRAUS¿C, razão molar oxigênio-metanol (Ro) entre 0,5 e 0,95, razão molar água-metanol (Ra) entre 1.3 e 1.9 e o tempo espacial modificado (W/¿F IND. Ao¿) entre 8,5 e 34,93 'g IND. cat.¿ min/¿¿NL IND. metanol.¿ Um modelo de reação é proposto para gerar a equação da taxa e a partir dos dados cinéticos experimentais realizar o ajuste dos parâmetros. Os resultados experimentais chegam a apresentar conversão total de metanol, com o rendimento praticamente total em formaldeído. Demonstra-se que o efeito das relações água-metanol na reação principal, nestas condições operacionais, é pequeno, e é compensado por um aumento de temperatura em torno de ¿25 GRAUS¿C... Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: The partial oxidation of methanol to formaldehyde over an iron molybdenum oxide catalyst has been studied in a continuous flow packed bed microreactor. In the present work it was investigated the influence of molar ratios water/methanol and oxygen/methanol over reaction rate and selectivity. The air¿s nitrogen is used at conventional process of production of formaldehyde like inert and remover of heat released by reaction; however it can be replaced by water vapor decreasing the emission of VOCs in the atmosphere. The collect of kinetics data was led in the atmospheric pressure and isothermal conditions between 300 and '340 DEGREES¿C, molar ratio oxygen/methanol (Ra) between 0,5 and 0,95, molar ratio water/methanol between 1,3 and 1,9 and residence time (w/¿F IND. Ao¿) between 8,5 and 34,93 'g IND. cat.¿ min/¿¿NL IND. metanol.¿ A rate model has been proposed for generating the rate expression and as from kinetic data, realize the fit as parameters. The experimental results showed total convertion of methanol, with a pratically total yield in formaldehyde. It is showed that the effect of molar ratios water/methanol over main reaction, in this operation conditions, is very small, and is compensated by an increase of about ¿25 DEGREES¿C in temperature... Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations / Mestrado / Mestre em Engenharia Química

O objetivo principal deste trabalho foi avaliar o óleo produzido por cianobactérias como matéria-prima lipídica para sintetisar biodiesel pela rota etílica empregando catalisadores heterogêneos. Cinco linhagens de cianobactérias não produtoras de toxinas: Microcystis aeruginosa NPCD-1, Synechococcus sp. PCC7942, Chlorogloea sp. CENA170, Leptolyngbya sp. CENA104 e Trichormus sp. CENA77 foram inicialmente cultivadas e avaliadas, tomando por base parâmetros como: produtividade de biomassa celular, teor de lipídeo e composição em ácidos graxos. Os valores mais elevados de produtividade celular e de lipídeo foram obtidos para as linhagens M. aeruginosa NPCD-1, Trichormus sp. CENA77 e Synechococcus sp. PCC7942. As matérias-primas lipídicas oriundas das linhagens selecionadas foram ainda caracterizadas quanto as propriedades reológicas (viscosidade), térmicas (termogravimetria) e químicas (espectroscopia na região de infravermelho). Na etapa seguinte, as condições de cultivo das linhagens foram estudadas e otimizadas por meio de um planejamento fatorial avaliando as variáveis intensidade luminosa (50 a 150 ?mol m-2s-1) e concentração de Na2CO3 (0,5 a 1,5 g/L), considerando como variáveis resposta a produtividade celular e o teor de lipídeo. A análise estatística indicou que a intensidade de luz influenciou positivamente os valores de produtividade celular para todas as linhagens estudadas, enquanto a concentração de Na2CO3 influenciou negativamente apenas no cultivo da linhagem M. aeruginosa NPCD-1. Com relação à variável teor de lipídeo, para a linhagem M. aeruginosa NPCD-1 nenhuma variável apresentou significância dentro da faixa estudada. No entanto, para as outras linhagens, o emprego das variáveis estudadas nos níveis mais altos implicou valores mais elevados para o teor de lipídeo. Definidas as condições ótimas de cultivo, o trabalho foi direcionado para execução da reação de interesse do projeto, empregando dois catalisadores heterogêneos de comprovada potencialidade: óxido de nióbio impregnado com sódio (químico) e Novozym 435® (bioquímico). Os resultados obtidos demonstraram que ambos os catalisadores atuaram de forma eficiente, convertendo os ácidos graxos em seus respectivos ésteres de etila. Entretanto, a qualidade da biomassa (índice de acidez e presença de pigmentos) interferiu a atuação dos catalisadores de maneira diferenciada. Enquanto o catalisador químico foi sensível à presença de níveis elevados de acidez, como constatado no óleo de Trichormus sp. CENA77, o catalisador bioquímico pode ter adsorvido os pigmentos presentes em maior quantidade nessa matéria-prima, reduzindo sua atividade catalítica. Desta forma, com exceção do biodiesel dessa matéria-prima lipídica, parâmetros, tais como número de cetano, ponto de entupimento de filtro a frio, índice de saponificação e índice de iodo, foram estimados por modelos teóricos, visando à predição da qualidade do biodiesel obtido dos diferentes óleos de acordo com as especificações estabelecidas pelas normas oficiais. Do ponto de vista geral, os resultados obtidos neste trabalho foram promissores e demonstraram a potencialidade do uso de cianobactérias como fonte de matéria-prima lipídica na síntese de biodiesel. As amostras de biodiesel das biomassas lipídicas de Microcystis aeruginosa NPCD-1 e Synechococcus sp. PCC7942 obtidas pela catálise heterogênea química atenderam as especificações estabelecidas na ANP como biocombustível. / The main goal of this study was to evaluate the lipid extracted from cyanobacteria as feedstock source for the synthesis of biodiesel using heterogeneous catalysis and ethanol as acyl acceptor. Five cyanobacterial non-microcystin producer strains: Microcystis aeruginosa NPCD-1; Synechococcus sp. PCC7942; Chlorogloea CENA170; Leptolyngbya CENA104 and Trichormus sp. CENA77 were cultivated and evaluated taking into account the biomass productivity, lipid content and fatty acid composition. Results indicated that M. aeruginosa NPCD-1, Trichormus sp. CENA77 and Synechococcus sp. PCC7942 gave the best set of parameters and were selected for further characterization using analytical techniques, including: viscosimetry, thermogravimetry and infrared spectroscopy. Following this, the cultivation conditions were studied and optimized using a factorial design, taking into consideration as independent variables light irradiance (50 to 150 ?mol m-2s-1) and concentration of Na2CO3 (0.5 to 1.5 g/L) as a carbon source. Cell productivity and lipid content were taking as response variables. For all strains, the most important factor was the light irradiance, since it presented a significant effect for all responses. Depend on the cyanobacteria strain, the concentration of Na2CO3 was found to have either positive or negative influence on the response variables. While for the M. aeruginosa NPCD-1 the presence of the Na2CO3 in the culture medium negative affected both cell productivity and lipid level, for the other strains high levels of Na2CO3 increase the lipid levels. After establishing the optimum cultivation conditions the experimental work was directed towards to perform the reaction of interest, using cyanobacterial feedstocks and two heterogeneous catalysts: chemical (niobium oxide impregnated with sodium) and biochemical (Novozym 435®). The dataset obtained demonstrated that the formation of ethyl esters from the feedstocks was feasible for the tested catalysts. Both catalysts were efficient in converting all fatty acids present in the feedstocks into the corresponding ethyl esters; however the chemical catalyst gave higher conversion than the biochemical one. The lower quality of the Trichormus sp. CENA77 feedstock strong affected the performance of the catalysts in a different way. While the chemical catalyst was sensitive to high acidity level verified in this microbial oil, the biocatalyst performance was influenced by the presence of pigments which was adsorbed on the biocatalyst matrix reducing its catalytic activity. Except for this oil, parameters such as cetane number, cold filter plugging point, saponification number and iodine value were estimated by theoretical models to predict the quality of biodiesel according to the specifications established by official standards. The results obtained in this study were promising and demonstrated the potential of using cyanobacteria as a feedstock source in the biodiesel synthesis. The lipid biomass from M. aeruginosa NPCD-1 and Synechococcus sp. PCC7942 originated biodiesel samples with appropriate characteristics to be used as fuel that are in accordance with specifications recommended by ANP.

A exploração de fontes alternativas para a produção de energia e produtos químicos ganha cada vez mais relevância devido à crescente demanda mundial por energia, combustíveis e produtos sintéticos. Nesse contexto, a biomassa lignocelulósica passa a ser importante matéria prima e o uso de catalisadores heterogêneos uma via atrativa para a transformação química da biomassa. A associação do Ni com Nb2O5 é promissora para obtenção de um sistema catalítico multifuncional com propriedades ácidas e de hidrogenação. O Brasil é o maior produtor mundial de nióbio e possui enormes quantidades de biomassa lignocelulósica. Assim, o uso de catalisadores à base de nióbio para valorização da biomassa é uma maneira de se agregar ciência e tecnologia a estas matérias primas abundantes em nosso país. Dessa forma, o objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento de catalisadores heterogêneos de Ni/Nb2O5 para a exploração da biomassa lignocelulósica como matéria prima para produção de combustíveis e produtos químicos. Nb2O5 foi preparado por duas rotas de síntese, hidrólise básica (HB) que produziu um material amorfo com partículas sem morfologia definida e a síntese hidrotérmica (HT), que produziu um material cristalino com morfologia de nano-bastões. O método HT gerou uma nióbia estável em condições hidrotérmicas e com propriedades texturais e ácidas bastantes superiores do que HB. Foi depositado Ni (5, 10, 15 e 25% m/m) em Nb2O5 e através de experimentos de redução monitorados in situ por técnicas de luz síncrotron ficaram estabelecidas as condições de ativação como sendo temperatura de 320oC e tempo de isoterma de no mínimo 1 h sob fluxo de H2. Isso para obtenção de cristalitos pequenos de Ni0 (2 a 25 nm) e para preservar as propriedades estruturais do suporte. Os catalisadores foram avaliados em reações de hidrodesoxigenação de éter difenílico e o sistema Ni/Nb2O5(HT) apresentou atividade para hidrogenólise da ligações éter, hidrogenação do anel aromático e hidrodesoxigenação, apresentando conversão completa do substrato e seletividade maior que 99% para cicloexano, além de poder ser reciclado por cinco ciclos de reação. 15%Ni/Nb2O5(HT) foi ativo e apresentou boa estabilidade na hidrodesoxigenação de um substrato real de lignina e produziu uma mistura de cicloalcanos e álcoois cíclicos em fase líquida com potencial para ser utilizada como biocombustíveis devido a sua baixa razão O/C. Experimentos exploratórios de conversão de celulose indicaram que o sistema catalítico Ni/Nb2O5(HT) também apresenta potencial para obtenção de polióis e glicóis a partir da fração de carboidratos da biomassa. / The exploitation of alternative resources for the production of energy and chemical products is gaining more and more relevance due to the growing world demand for energy, fuels and synthetic products. In this context, lignocellulosic biomass become an important raw material and the use of heterogeneous catalysts a very attractive way for biomass chemical transformation. The association of Ni with Nb2O5 is promising for obtaining a multifunctional catalytic system with acidic and hydrogenation properties. Brazil is the world\'s largest producer of niobium and has enormous amounts of lignocellulosic biomass. So, the use of niobium-based catalysts for biomass valorisation is a way for adding science and technology to these abundant raw materials in our country. Thus, the aim of this work is the development of heterogeneous Ni/Nb2O5 catalysts for the exploitation of lignocellulosic biomass as raw material for the production of fuels and chemicals. Nb2O5 was prepared by two routes of synthesis, basic hydrolysis (HB) that produced an amorphous material with particles with non-defined morphology and hydrothermal (HT) synthesis that produced a crystalline material with morphology of nano-rods. The HT method produced a stable niobia in hydrothermal conditions and with textures and acidic properties quite higher than HB. Ni (5, 10, 15 and 25 wt.%) was deposited on Nb2O5 and by in situ experiments of reduction monitored by synchrotron light techniques the activation conditions were established as being temperature of 320oC for at least 1 h under H2 flow. This condition enables the production of small crystallites of Ni0 (2 at 25 nm) and for preserving the structural properties of the support. The catalysts were evaluated in hydrodeoxygenation reactions of diphenyl ether and the Ni/Nb2O5(HT) system showed activity for hydrogenolysis of the ether linkages, hydrogenation of aromatic rings and hydrodeoxygenation, converting the substrate completely with selectivity higher than 99% for cyclohexane and being recyclable for five reaction cycles. 15% Ni/Nb2O5(HT) was active for hydrodeoxygenation of a real lignin substrate and exhibited good stability, producing a mixture of cyclic cycloalkanes and alcohols in a liquid phase with potential to be used as biofuels due to their low O/C ratio. Exploratory experiments of cellulose conversion indicated that the Ni/Nb2O5(HT) catalyst also has the potential for obtaining polyols and glycols from the carbohydrate fraction of the biomass.

Com o grande uso de agrotóxicos, aumentaram também os problemas relacionados à contaminação. Tentando remediar esses problemas, estudos baseados em processos oxidativos avançados, como a reação de Fenton, tem conseguido notoriedade, pois o radical hidroxila (•OH) ataca os poluentes orgânicos de maneira não seletiva. Porém, tal reação em meio homogêneo não é tão atrativa, pois requer grandes quantidades de íons de ferro em solução em meio ácido. Entretanto, pesquisas demostram que é possível desenvolve-la em meio heterogêneo com uma variedade de catalisadores em condições mais brandas e, ainda sim, gerar radicais livres e promover a oxidação de contaminantes orgânicos em várias faixas de pH. Nesse sentido, o presente trabalho teve como objetivos o enriquecimento do rejeito magnético, subproduto da extração de fosfato, em magnetita e a avaliação da viabilidade do mesmo nas reações do tipo Fenton heterogênea, tendo como modelo o herbicida hexazinona. Primeiramente o material passou por separação granulométrica, onde foram geradas 7 amostras, de acordo com a abertura de cada peneira. Em seguida elas foram submetidas a redução do tamanho de suas partículas em moinhos de bolas e passaram por uma pré-caracterização por espectroscopia de florescência de raio-x, difração de raio-x, termogavimetria, calorimetria diferencial exploratório e análise do tamanho de suas partículas. De posse desses dados, todas as amostras foram submetidas ao ensaio de lixiviação ácida, para o enriquecimento do material em magnetita. Após esta etapa, uma amostra foi escolhida (MESH 28) e submetida novamente a lixiviação ácida e às etapas de caracterização anterior e também, a análise do tamanho de sua área superficial, microscopia eletrônica de varredura, e comportamento magnético qualitativo. Assim, a amostra escolhida foi empregada para catálise heterogênea, de acordo com um planejamento estatístico do tipo composto central, levando em consideração a concentração de H2O2 e a variabilidade do pH da solução. Os resultados obtidos mostram que nas condições testadas, a que se apresenta com maior potencial para aplicações reais é a que se utiliza de concentração de peróxido igual a 0,0625 mol/L e pH 7,5, podendo ser ainda \"otimizada\" através de estudos em condições próximas a esta. Portanto, o resíduo magnético enriquecido em magnetita tem potencialidade para ser utilizado como catalisador em reações do tipo Fenton para degradação de herbicidas em água. / With the heavy use of pesticides, also increased the contamination-related problems. Trying to reduce these problems, studies based on advanced oxidation processes, such as the Fenton reaction, has achieved notoriety because the hydroxyl radical (•OH) attacks organic pollutants in a non-selective manner. However, such reaction in homogeneous medium is not so attractive because it requires large amounts of iron ions in solution in acidic medium. However, studies demonstrate that it is possible to develop it in a heterogeneous medium with a variety of catalysts in milder conditions and, yet, generate free radicals and promoting the oxidation of organic contaminants in various pH ranges. In this sense, the present study aimed to enrich the magnetic waste, by-product of phosphate extraction in magnetite and evaluate it viability of the reactions of the heterogeneous Fenton type, with reference to the hexazinone herbicide. Firstly, the material passed to granulometric separation, where were generated seven samples according to the opening of each sieve. Then they were subjected to size reduction of their particles in ball mills and passed through a pre-characterization by X-ray fluorescence, X-ray diffraction, thermogravimetry, calorimetry exploratory differential and analysis of its particle size. With this data, all samples were subjected to acid leaching test, to enrich the material with magnetite. After this step, a sample was selected (MESH 28) and resubmitted to acid leaching and to the previous steps of characterization of steps and also the analysis of the size of its surface area, electronic scanning microscopy and magnetic behavior qualitative. Thus, the chosen sample was used for heterogeneous catalysis, in accordance with the central composite statistic planning type, taking into consideration the concentration of H2O2 and the pH variability of the solution. The results show that under the conditions tested, that presents the greatest potential for real world applications is that utilizes peroxide concentration equal to 0.0625 mol/L and pH 7,5, can yet be \"optimized\" via studies in conditions close to this. Therefore, the magnetic residue enriched in magnetite has the potential to be used as a catalyst type in Fenton reactions for the degradation of herbicides in water.

O objetivo principal deste trabalho foi avaliar o óleo produzido por cianobactérias como matéria-prima lipídica para sintetisar biodiesel pela rota etílica empregando catalisadores heterogêneos. Cinco linhagens de cianobactérias não produtoras de toxinas: Microcystis aeruginosa NPCD-1, Synechococcus sp. PCC7942, Chlorogloea sp. CENA170, Leptolyngbya sp. CENA104 e Trichormus sp. CENA77 foram inicialmente cultivadas e avaliadas, tomando por base parâmetros como: produtividade de biomassa celular, teor de lipídeo e composição em ácidos graxos. Os valores mais elevados de produtividade celular e de lipídeo foram obtidos para as linhagens M. aeruginosa NPCD-1, Trichormus sp. CENA77 e Synechococcus sp. PCC7942. As matérias-primas lipídicas oriundas das linhagens selecionadas foram ainda caracterizadas quanto as propriedades reológicas (viscosidade), térmicas (termogravimetria) e químicas (espectroscopia na região de infravermelho). Na etapa seguinte, as condições de cultivo das linhagens foram estudadas e otimizadas por meio de um planejamento fatorial avaliando as variáveis intensidade luminosa (50 a 150 ?mol m-2s-1) e concentração de Na2CO3 (0,5 a 1,5 g/L), considerando como variáveis resposta a produtividade celular e o teor de lipídeo. A análise estatística indicou que a intensidade de luz influenciou positivamente os valores de produtividade celular para todas as linhagens estudadas, enquanto a concentração de Na2CO3 influenciou negativamente apenas no cultivo da linhagem M. aeruginosa NPCD-1. Com relação à variável teor de lipídeo, para a linhagem M. aeruginosa NPCD-1 nenhuma variável apresentou significância dentro da faixa estudada. No entanto, para as outras linhagens, o emprego das variáveis estudadas nos níveis mais altos implicou valores mais elevados para o teor de lipídeo. Definidas as condições ótimas de cultivo, o trabalho foi direcionado para execução da reação de interesse do projeto, empregando dois catalisadores heterogêneos de comprovada potencialidade: óxido de nióbio impregnado com sódio (químico) e Novozym 435® (bioquímico). Os resultados obtidos demonstraram que ambos os catalisadores atuaram de forma eficiente, convertendo os ácidos graxos em seus respectivos ésteres de etila. Entretanto, a qualidade da biomassa (índice de acidez e presença de pigmentos) interferiu a atuação dos catalisadores de maneira diferenciada. Enquanto o catalisador químico foi sensível à presença de níveis elevados de acidez, como constatado no óleo de Trichormus sp. CENA77, o catalisador bioquímico pode ter adsorvido os pigmentos presentes em maior quantidade nessa matéria-prima, reduzindo sua atividade catalítica. Desta forma, com exceção do biodiesel dessa matéria-prima lipídica, parâmetros, tais como número de cetano, ponto de entupimento de filtro a frio, índice de saponificação e índice de iodo, foram estimados por modelos teóricos, visando à predição da qualidade do biodiesel obtido dos diferentes óleos de acordo com as especificações estabelecidas pelas normas oficiais. Do ponto de vista geral, os resultados obtidos neste trabalho foram promissores e demonstraram a potencialidade do uso de cianobactérias como fonte de matéria-prima lipídica na síntese de biodiesel. As amostras de biodiesel das biomassas lipídicas de Microcystis aeruginosa NPCD-1 e Synechococcus sp. PCC7942 obtidas pela catálise heterogênea química atenderam as especificações estabelecidas na ANP como biocombustível. / The main goal of this study was to evaluate the lipid extracted from cyanobacteria as feedstock source for the synthesis of biodiesel using heterogeneous catalysis and ethanol as acyl acceptor. Five cyanobacterial non-microcystin producer strains: Microcystis aeruginosa NPCD-1; Synechococcus sp. PCC7942; Chlorogloea CENA170; Leptolyngbya CENA104 and Trichormus sp. CENA77 were cultivated and evaluated taking into account the biomass productivity, lipid content and fatty acid composition. Results indicated that M. aeruginosa NPCD-1, Trichormus sp. CENA77 and Synechococcus sp. PCC7942 gave the best set of parameters and were selected for further characterization using analytical techniques, including: viscosimetry, thermogravimetry and infrared spectroscopy. Following this, the cultivation conditions were studied and optimized using a factorial design, taking into consideration as independent variables light irradiance (50 to 150 ?mol m-2s-1) and concentration of Na2CO3 (0.5 to 1.5 g/L) as a carbon source. Cell productivity and lipid content were taking as response variables. For all strains, the most important factor was the light irradiance, since it presented a significant effect for all responses. Depend on the cyanobacteria strain, the concentration of Na2CO3 was found to have either positive or negative influence on the response variables. While for the M. aeruginosa NPCD-1 the presence of the Na2CO3 in the culture medium negative affected both cell productivity and lipid level, for the other strains high levels of Na2CO3 increase the lipid levels. After establishing the optimum cultivation conditions the experimental work was directed towards to perform the reaction of interest, using cyanobacterial feedstocks and two heterogeneous catalysts: chemical (niobium oxide impregnated with sodium) and biochemical (Novozym 435®). The dataset obtained demonstrated that the formation of ethyl esters from the feedstocks was feasible for the tested catalysts. Both catalysts were efficient in converting all fatty acids present in the feedstocks into the corresponding ethyl esters; however the chemical catalyst gave higher conversion than the biochemical one. The lower quality of the Trichormus sp. CENA77 feedstock strong affected the performance of the catalysts in a different way. While the chemical catalyst was sensitive to high acidity level verified in this microbial oil, the biocatalyst performance was influenced by the presence of pigments which was adsorbed on the biocatalyst matrix reducing its catalytic activity. Except for this oil, parameters such as cetane number, cold filter plugging point, saponification number and iodine value were estimated by theoretical models to predict the quality of biodiesel according to the specifications established by official standards. The results obtained in this study were promising and demonstrated the potential of using cyanobacteria as a feedstock source in the biodiesel synthesis. The lipid biomass from M. aeruginosa NPCD-1 and Synechococcus sp. PCC7942 originated biodiesel samples with appropriate characteristics to be used as fuel that are in accordance with specifications recommended by ANP.

Neste trabalho foi sintetizada e caracterizada uma série de porfirinas e FeP correspondentes contendo substituintes NO2 nas posições orto- ou grupos COOH nas posições para- dos anéis meso-fenis, e a atividade catalítica destes compostos na oxidação de hidrocarbonetos foi investigada, tanto em sistemas homogêneos quanto em sistemas suportados. As porfirinas H2(TNMCPP), H2(DNDCPP) e H2(MNTCPP) foram sintetizadas pela reação de pirrol com a mistura de 2-nitrobenzaldeído e 4-carboxibenzaldeído, em meio de ácido propiônico e nitrobenzeno, sendo em seguida isoladas e purificadas através de cromatografia preparativa em sílica gel tendo como eluente a mistura DCM : ACT : HAc (8 : 2 : 0,1). A inserção de ferro nas porfirinas bases livre foi feita pela reação com FeBr2.2H2O em meio de DMF. A caracterização das porfirinas bases livre e das correspondentes FeP envolveu diferentes técnicas como: TLC, eletroforese em gel de agarose, análise elementar, UV/Vis, IV, RMN 1H, FAB MS, susceptibilidade magnética e EPR. Utilizou-se as porfirinas H2(TNPP) e H2(TCPP) e FeP correspondentes como padrões de comparação, tornando a série completa. A purificação e caracterização destas porfirinas mostraram-se bastante complexas devido à presença de grupos ionizáveis resultando em grandes diferenças de solubilidade na série e efeitos de agregação. Estes efeitos foram mais pronunciados para as porfirinas contendo maior número de grupos COOH. O estudo da atividade catalítica da série de FeP foi desenvolvido inicialmente em meio homogêneo, utilizando diferentes substratos como: (Z)-cicloocteno, cicloexeno, cicloexano e adamantano. As FeP sintetizadas mostraram-se catalisadores eficientes e seletivos para a hidroxilação de alcanos e epoxidação de alcenos. A estabilidade da Fe(TNMCPP)Cl foi investigada em reações com múltiplas adições de oxidante. Observou-se uma alta estabilidade para este catalisador em solução, com bons rendimentos em epóxido para até sete ciclos consecutivos, e um alto número de turnover (1142). A Fe(TNMCPP)Cl foi ancorada na APS através de ligação covalente (peptídica) entre o grupo COOH da FeP e o grupo NH2 da sílica funcionalizada. Esta FeP foi selecionada por possuir apenas um grupo capaz de reagir com a sílica e, ao mesmo tempo, a proteção estérica de três grupos NO2 substituintes nas posições orto-, constituindo um sistema interessante do ponto de vista catalítico. Este sistema mostrou-se bastante eficiente na oxidação do (Z)-cicloocteno. O número máximo de turnover catalítico para esta FeP suportada foi de 595 após três adições sucessivas de oxidante. A Fe(TNMCPP)Cl foi ancorada na APS também por atração eletrostática, porém este sistema mostrou-se menos eficiente como catalisador na oxidação do (Z)-cicloocteno. / In this work, a series of porphyrins and corresponding FeP containing NO2-substituents in the ortho- or COOH-groups in the para- meso-phenyl rings were synthesized and the catalytic activities of such compounds were investigated in both homogeneous and heterogeneous systems. H2(TNMCPP), H2(DNDCPP) and H2(MNTCPP) porphyrins were synthesized through the mixed co-condensation of pyrrole and different benzaldehydes (2-nitrobenzaldehyde and 4-carboxybenzaldehyde) in propionic acid and nitrobenzene media. The porphyrins were then isolated and purified through silica gel chromatography, having a solvent mixture DCM : ACT : HAc (8 : 2 : 0,1). The characterization of the free-base porphyrins and the corresponding FeP was carried out through TLC, electrophoresis on agarose gel, elemental analysis, UV/Vis, infra red, RMN 1H, FAB MS, magnetic susceptibility and EPR. H2(TNPP) and H2(TCPP) and corresponding FeP were used for comparison, thus completing the porphyrin series. The purification and characterization of these porphyrins proved to be very complex due the presence of ionic groups. This resulted in different solubilities throughout the series, as well as aggregation effects. Such effects were more pronounced with porphyrins containing a greater number of COOH groups. The study of the catalytic activities of the FeP was initially carried out in homogeneous system, by using various substrates: (Z)-cyclooctene, cyclohexene, cyclohexane and adamantane. The synthesized FeP were efficient and selective catalysts for alkane hydroxilation and alkene epoxidation. The stability of Fe(TNMCPP)Cl was investigated by multiple oxidant addition. A high stability was observed for this catalyst in homogeneous system, since it led to good epoxide yields up to the seventh cycle and an excellent turnover number of 1142. Fe(TNMCPP)Cl was supported on APS through covalent binding of the peptidic type between COOH groups in the FeP and NH2 group on the funcionalized silica. This FeP was chosen for the study since it has only one group that is capable of reacting with the silica, at the same time that it presents sterical hindrance confered by the three NO2 groups in the ortho-position. This is a very interesting system from the catalytical point of view. Such system proved to be very efficient in the oxidation of (Z)-cyclooctene. The maximum catalytic turnover attained with this supported FeP was of 595, after three sucessive additions of oxidant. Fe(TNMCPP)Cl was also supported on APS though electrostatic binding, but this system was a less efficient catalyst for (Z)-cyclooctene oxidation.

Submitted by Rosivalda Pereira (mrs.pereira@ufma.br) on 2017-05-19T17:29:27Z No. of bitstreams: 1 JonnyFerreira.pdf: 3245371 bytes, checksum: 31437c781c5f38b977832295aa4ecd66 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-19T17:29:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JonnyFerreira.pdf: 3245371 bytes, checksum: 31437c781c5f38b977832295aa4ecd66 (MD5) Previous issue date: 2017-03-16 / Fundação de Amparo à Pesquisa e ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Maranhão (FAPEMA) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPQ) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Therefore, this research proposes the glycerol transformation in a product with a larger value aggregated the glycerol carbonate. For this, catalysts were synthesized under the influence of modified alumina with calcium and magnesium, produced by methods of polymeric precursors and impregnating in a wet system. The X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared (FTIR), Scanning electron microscopy and dispersive energy spectrometry (SEM-EDS) and X-ray fluorescence spectroscopy (FRX). The glycerol reaction with the dimethyl carbonate was processed in 95º C, with 3.5 dimethyl carbonate/glycerol and 20% of the mass of the catalyst relative to glycerol. The sprectroscopic analysis in the infared region of the reactional product suggested the formation of the carbonyl group (C = O), vibrational mode in the region 1770cm-1 , what is characteristic of a glycerol carbonate Chromatograms confirmed the formation of glycerol carbonate. The conversion values of carbonation of the glycerol with the Al-Ca01 and Al-Ca02 catalysts were 96.5 and 68.6%, respectively, whereas for Al-Mg01 and Al-Mg02, 50.9 and 39.6%, respectively, noting that the conversion potential of glycerol to glycerol carbonate followed the sequence Al-Ca01 <AlCa02 <Al-Mg01 <Al-Mg02. It was observed the formation of glycidol as a minor product. It was fullfilled a 24 factorial planning to evaluate the efects of the variables, composition of the catalyst, molar ration between glycerol and dimethyl carbonate, time and temperature on the reaction of the formation of the glycerol carbonate and determine if the ideal conditions of the process for better results of conversion and selectivity. / Este trabalho propõe a transformação do glicerol em um produto de maior valor agregado, o carbonato de glicerol. Para tanto, foram sintetizados catalisadores a base de alumina modificada com cálcio e magnésio, produzidos pelos métodos de precussor polimérico e impregnação via úmida. A caracterização dos catalisadores ocorreu por meio das análises de difração de raios X (DRX), Infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), Microscopia eletrônica de varredura e espectrometria de energia dispersiva (MEV-EDS) e Espectroscopia de fluorescência de raios X (FRX). A reação do glicerol com o carbonato de dimetila se processou a 95 °C com uma razão carbonato de dimetila / glicerol de 3,5 e 20% em massa do catalisador relativo ao glicerol. A análise espectroscópica na região do infravermelho do produto reacional indicou a formação do grupo carbonila (C=O), modo vibracional na região de 1770 cm-1 , aspecto característico do carbonato de glicerol. Os cromatogramas confirmaram a formação do carbonato de glicerol. Os valores de conversão de carbonatação do glicerol com a utilização dos catalisadores Al-Ca01 e Al-Ca02 foram 96,5 e 68,6%, respectivamente enquanto que para os sistemas Al-Mg01 e Al-Mg02, 50,9 e 39,6%, respectivamente, notando que o potencial de conversão de glicerol à carbonato de glicerol seguiu a sequência Al-Ca01 < Al-Ca02 < Al-Mg01 < AlMg02. A formação do glicidol foi observado no emprego do catalisador de AlCa01 como um produto minoritário. Foi realizado um planejamento fatorial 24 para avaliar os efeitos das variáveis, composição do catalisador, razão molar entre glicerol e carbonato dimetila, tempo e temperatura na reação de formação do carbonato de glicerol e determinar se as condições ideais do processo para melhores resultados de conversão e seletividade.

Submitted by Rosivalda Pereira (mrs.pereira@ufma.br) on 2017-06-02T19:29:10Z No. of bitstreams: 1 NeureneCruz.pdf: 2231126 bytes, checksum: fdfdea95589976509b1928b6fd504db5 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-02T19:29:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 NeureneCruz.pdf: 2231126 bytes, checksum: fdfdea95589976509b1928b6fd504db5 (MD5) Previous issue date: 2016-07-15 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa e ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Maranhão (FAPEMA) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPQ) / In this study, a catalyst based on alumina and calcium to transesterification reaction of lipid extracts of Chlorella sp biomass in situ was synthesized. The catalyst was characterized by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), XRay Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersive Spectroscopy Analysis (EDX) and, X-ray Fluorescence Spectroscopy (XRF). The in situ lipid extraction of Chlorella sp was carried on with the following solvents: methanol, hexane mixture of methanol and hexane in the ratio 2: 1. The extraction methods were performed in soxlhet, magnetic stirring, stirring in ultrasound and stirring with heating in Parr reactor. The transesterification reactions were performed in a Parr reactor, the reactions with lipid extract came from 11g extract, 4% of catalyst in relation to the mass of the extract, ratio alcohol / extract 15: 1 volume / mass at 150 ° C temperature for 180 minutes. The reactions of biomass in situ were made and evaluated by a 24 factorial design with central points, the variables were the time of 40-180 minutes 4-10% catalyst concentration, molar ratio alcohol: biomass 3: 1- 6: 1 and temperature between 60-150 ° C. The result was the ester content. The best conditions were: 150 ° C 180 minutes reason methanol: biomass 3: 1 v / m and catalyst concentration 4%. The factors that have significant influence on the conversion of esters were molar ratio and amount of catalyst. / Neste estudo, foi sintetizado um catalisador à base de alumina e cálcio e utilizado na reação de transesterificação de extratos lipídicos e na biomassa de Chlorella sp in situ. O catalisador foi caracterizado porEspectroscopia na região do Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR), Difração de Raios X (DRX), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Análise de Energia Dispersiva( EDS) e Espectrofotometria de Fluorescência de Raios X . Nas extrações lipídicas de Chlorella sp ultilizou-se os solventes: metanol, hexano e a mistura de metanol e hexano na proporção 2:1. Os métodos de extração foram através de soxlhet, agitação magnética, agitação em ultrasson e agitação com aquecimento em reator Parr. As reações de transesterificação foram feitas em um reator parr, sendo que nas reações com o extrato lipídico partiu-se de 11 g de extrato, 4% de catalisador em relação a massa do extrato, a razãoálcool/extrato 15:1volume/massana temperatura de 150ºC durante 180 minutos. As reações da biomassa in situ foram feitas e avaliadas por um planejamento fatorial 24 com pontos centrais, as variáveis foram o tempo de 40-180 minutos, concentração de catalisador de 4-10 %, razão álcool: biomassa 3:1- 6:1 e temperatura entre 60–150 ºC. A resposta foi o teor de ésteres. As melhores condições foram: 150ºC, 180 minutos, razão metanol: biomassa3:1 v/m e concentração do catalisador 4 %. Os fatores que tiveram influência significativa na conversão dos ésteres foram a razão e quantidade de catalisador.

Fundação de Amparo a Pesquisa no Estado do Rio Grande do Sul / This work has as goal to evaluate the use of heterogeneous catalysts on interesterification reaction for glycerol-free biodiesel production. Interesterification is a reaction between the triglyceride ester from vegetable oil and a short-chain ester, like methyl acetate. This technique has advantages over conventional transesterification like elimination of product washing and purification steps, less effluent production, catalyst reusing possibility and coproduction of biofuel additive, named triacetin.. Firstly, performance tests of solid catalysts commonly used for transesterification reaction were carried out. Among them, the hydrotalcite-like compound Ca 40%-Mg-Al presented the best results, reaching a global yield (esters + triacetin) of 91.83% at equilibrium, at 250°C, methyl acetate/oil molar ratio of 32:1 and 4.7% wt. catalyst/reactants concentration. Next, in order to investigate the effects of temperature, methyl acetate to oil molar ratio and catalyst concentration over reaction yield, an experimental planning and kinetics tests were performed. At 350°C, signs of thermal degradation were observed, affecting negatively the product yields. Besides, it was noted that dilution and cage-effect can occur depending on the methyl acetate to oil molar ratio applied.In respect of the catalyst, it was observed that saturation occurs at concentration of 5% wt. catalyst/oil. The condition of 325°C, 40:1 methyl acetate/oil molar ratio and 5% wt. catalyst/oil was chosen as the more adequate, reaching in 1.33 h a global yield of 68.5%. At those conditions, the catalyst can be reused, without any treatment, at least for three reaction cycles. / Este trabalho teve como objetivo investigar o emprego de catalisadores heterogêneos na reação de interesterificação para produção de biodiesel sem glicerol. A interesterificação é uma reação entre o éster triglicerídeo do óleo vegetal e outro éster de cadeia curta, como metil acetato. A técnica tem vantagens à transesterificação clássica como eliminação de etapas de lavagem e purificação de produtos, menor produção de efluentes, possibilidade de recuperação do catalisador e a coprodução de um aditivo ao biocombustível chamado triacetina. Primeiramente, fez-se um teste de desempenho de alguns catalisadores sólidos bastante utilizados em reações de transesterificação. Dentre eles, o composto tipo hidrotalcita Ca 40%-Mg-Al apresentou melhores resultados, atingindo rendimento global (ésteres + triacetina) de 91.83% no equilíbrio a 250°C, razão molar metil acetato/óleo de soja 32:1 e concentração de 4.7% m/m de catalisador/reagentes. A seguir, a fim de investigar o efeito da temperatura, razão molar de metil acetato e concentração de catalisador sobre o rendimento da reação, realizaram-se um planejamento experimental e experimentos cinéticos de reação. Para temperatura de 350°C, foram observados indícios de degradação térmica dos produtos, afetando negativamente os rendimentos de reação. Além disso, notou-se que ocorrem efeitos de diluição ou solvatação, dependendo das razões molares metil acetato/óleo usadas. Em relação ao catalisador, observou-se que a saturação ocorre para concentração de 5% m/m catalisador/óleo. A condição mais adequada de reação foi 325°C, razão molar 40:1 e 5% m/m catalisador/óleo, onde atinge-se um rendimento global de 68.55% em 1.33h. Nessas condições, por fim, também foi investigada a estabilidade do catalisador. Descobriu-se que o mesmo catalisador, sem tratamento algum, pode ser utilizado por pelo menos 3 ciclos de reação sem perda expressiva da atividade catalítica.