Made available in DSpace on 2015-03-03T11:52:36Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-07-25Bitstream added on 2015-03-03T12:06:24Z : No. of bitstreams: 1 000796033.pdf: 2347717 bytes, checksum: b7291085ec3917f555510d6ec1d035da (MD5) / Este trabalho propõe o emprego de catalisadores lamelares ácidos na reação de desidratação do glicerol com seletividade para produtos de maior valor agregado, como a acroleína. Uma das motivações deste trabalho é a crescente produção e demanda de biodiesel, já que o principal co-produto oriundo do processo é o glicerol. A utilização deste glicerol torna-se imprescindível para uma produção mais eficiente de biodiesel. Os catalisadores lamelares com a presença de micro e mesoporos foram sintetizados e avaliados em termos da acessibilidade dos reagentes aos sítios ácidos, conversão de glicerol e a seletividade a acroleína. Para tal espera-se evitar reações em série que induzem formação de coque e obter-se uma propriedade útil singular destes catalisadores. Os catalisadores ácidos poderiam obter grande conversão de glicerol e alta seletividade para a acroleína se não fosse à deposição de coque no catalisador. As zeólitas lamelares MCM-36 e ITQ-2, que apresentam duas famílias de poros, geralmente têm desempenho catalítico destacado em comparação com a MCM-22, puramente microporosa. Baseado em relatos do uso destes catalisadores em outras reações químicas, o processo de esfoliação causa perda da força dos sítios ativos, mas em contrapartida ocorre a melhora na acessibilidade aos sítios mais internos superando a desvantagem obtida com a perda da força ácida. Algumas caracterizações estruturais e superficiais foram utilizadas para compreensão dos mecanismos envolvidos e na avaliação do desempenho dos catalisadores, aplicando um amplo conjunto de técnicas experimentais. A acessibilidade aos sítios ativos mostrou-se como ponto crucial no desempenho dos catalisadores, aliada ao estudo da acidez e influências na catálise e na desativação dos materiais. / The layered MWW family, including the purely microporous MCM-22, pillared MCM-36 and delaminated ITQ-2, was used as catalysts in gas-phase dehydration of glycerol. The method used to produce the mesoporous zeolites minimized diffusion limitations and increased glycerol lifetime conversion due to the secondary system of pores created in the zeolites. The chemical, structural and superficial properties of catalysts were characterized by X-ray diffraction, N2 adsorption-desorption isotherms, SEM, TEM, NH3-TPD and pyridine chemisorptions followed by IR-spectroscopy. The results clearly show that the modified zeolites with designed mesopore structure allowed a rapid diffusion and consequently improved the glycerol conversion. Acid sites characterization revealed that the relative abundance of Brønsted and Lewis acid sites are important for the efficiency of the catalysis performed by these materials. The 13C NMR spectra of the spent catalysts confirmed the change in the nature and amount of carbonaceous deposits due to pore-structure properties of the catalysts, i.e. the formation of polyaromatics compounds are more abundant inside zeolite pores but polyglycols are preferentially formed in the outer surface of the zeolites MCM-36 and ITQ-2, as expected for the more exposed sheets.

Orientador : Shirley Nakagaki / Coorientador : Alesandro Bail / Colaboradores : Karen Wilson e Adam F. Lee / Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Química. Defesa: Curitiba, 11/07/2016 / Inclui referências : f. 108-116 / Área de concentração / Resumo: Sólidos baseados em nióbio foram preparados e caracterizados para reações de esterificação de ácidos graxos em metanol. Diferentes metodologias de preparação conduziram a três grupos de materiais de interesse catalítico. A primeira metodologia baseou-se no processo sol-gel hidrolítico ácido, inserindo-se espécies de nióbio in situ durante o percurso da reação de hidrólise e condensação, resultando no sólido SiO2/Nb2O5. A segunda foi baseada na preparação da sílica mesoporosa do tipo SBA-15 pelo método hidrotérmico, na sequência, por meio de impregnação em meio aquoso, houve a incorporação de nióbio, resultando nos sólidos SBA-15Nbxy (x = concentração mássica de Nb; y = temperatura de calcinação). Por fim, a preparação de nanopartículas de Nb2O5 por meio do método hidrotérmico em condições brandas de reação. Os sólidos foram caracterizados por diferentes técnicas, como por exemplo, difratometria de raios X (DRX), adsorção/dessorção de N2, espectroscopia fotoeletrônica de raios X (XPS). A força e a distribuição dos sítios ácidos dos catalisadores foram avaliadas a partir do processo de adsorção-dessorção de moléculas sonda (n-butilamina e piridina) com monitoramento por espectroscopia vibracional no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR)/espectroscopia vibracional no infravermelho com transformada de Fourier com refletância difusa (DRIFTS)/ termogravimetria (TGA). Imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia eletrônica de transmissão (MET) foram geradas, auxiliando na elucidação da morfologia dos sólidos. Os resultados catalíticos para o conjunto de sólidos estudados revelaram alta conversão dos ácidos graxos, acima de 90%, os sólidos também se mostraram estáveis por mais de um ciclo de reação. A contribuição da acidez de Brönsted-Lewis mostrou-se determinante nas reações de esterificação, assim como, as propriedades estruturais e morfológicas observadas nos sólidos, configurando-se como potenciais catalisadores para produção de biodiesel. PALAVRAS-CHAVE: nióbio; catálise heterogênea; esterificação; sílica, nanopartículas; biodiesel. / Abstract: Solids based on niobium were prepared, characterized and used as catalyst for fatty acids esterification reactions with methanol. Different methods of preparation lead to three groups of catalytic materials. The first method was based on the preparation of silica by the hydrolytic acid sol-gel process. In this methodology niobium species were dispersed in situ, during the process of hydrolysis and condensation reaction of silica preparation, resulting in the solid named by SiO2/Nb2O5. The second methodology was based on the preparation of mesoporous silica, SBA-15 type, by hydrothermal method, following by wet impregnation of niobium species, resulting in the solid named by SBA-15Nbxy (x = niobium loading (wt.%); y = calcination temperature). Finally, Nb2O5 nanoparticles were prepared by hydrothermal method under mild reactions conditions. All the solids were characterized by different techniques, such as X-ray diffraction (XRD), N2 adsorption/desorption, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The acid sites strength and distribution were evaluated from the adsorption-desorption probe molecules (n-butylamine and pyridine) monitoring by Fourier transformed infrared spectroscopy and Diffuse Reflectance Infrared Fourier Transform (DRIFTS). Scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM) images were generated to help elucidate the solids morphology. The catalytic results presented by the solid studied showed high conversion of the fatty acids for the ester, above 90%. The solids were also stable for more than one reaction cycle. The contribution of Brönsted-Lewis acidity proved decisive in esterification reactions, as well as, the structural and morphological properties, configured as potential catalysts for biodiesel production. KEYWORDS: niobium; heterogeneous catalysis; esterification; silica; nanoparticles; biodiesel.

Orientador: Silvania Lanfredi / Banca: Ana Maria Pires / Banca: Patrícia Alexandra Antunes / Resumo: A procura por combustíveis alternativos tem se tornado bastante atrativo em relação ao diesel em decorrência dos seus benefícios ambientais. Seguindo essa tendência, o biodiesel, uma forma de energia renovável e biodegradável, pode ser produzido através de uma reação de transesterificação a partir de ésteres de cadeias longas derivados de ácidos graxos oriundos de lipídios renováveis como óleo vegetal. Contudo, para que este tipo de reação aconteça com um bom rendimento, é necessária a utilização de catalisadores, que podem ser de diversos tipos. Neste contexto, o presente trabalho envolve a preparação e a caracterização estrutural de um catalisador (conversor catalítico) à base de alumina para síntese de Biodiesel via rota etílica. A alumina tem sido apresentada com promissor potencial catalítico na síntese do biodiesel, além de ter um baixo custo. A partir da estrutura hospedeira do α-Al2O3, sintetizado pelo método Poliol Modificado, foram investigadas as soluções sólidas de Al2O3:Eu3+ com porcentagens em massa de íons európio(III) iguais a 0,025%, 0,050% e 0,075%, também preparadas pelo mesmo método de síntese. A decomposição térmica dos pós precursores de Al2O3 e Al2O3:Eu3+ foi caracterizada por análises térmicas (TG/DSC), não sendo observado uma grande perda de massa para os sistemas dopados. A caracterização estrutural dos pós em estudo foi realizada por microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de raios X (DRX), espectroscopia de absorção na região do infravermelho (IV) e espectroscopia de espalhamento Raman. Os DRX dos pós de Al2O3:Eu3+ mostraram que os sistemas tornaram-se cristalinos logo após a pré-calcinação e a análise por infravermelho mostrou o aparecimento de bandas em torno de 407 cm-1, referentes à ligação Eu-O, indicando a presença dos íons európio(III) na rede cristalina . Os parâmetros estruturais foram determinados a partir do ... / Abstract: The demand for alternative fuels has become very attractive compared to diesel due to its environmental benefits. Following this trend, biodiesel, a form of biodegradable and renewable energy can be produced by a transesterification reaction from esters of long chain fatty acids derived from renewable lipids such as vegetable oil with long chains. However, to this reaction occurs with a good yield id required the use of catalysts, that may be of differently types. In this context, this work involves the preparation and structural characterization of a catalyst (catalytic converter), alumina-based synthesis of Biodiesel via ethyl route. Alumina has a low cost and has been studied as a promising potential in catalytic synthesis of biodiesel. From the host structure of Al2O3, synthesized by modified Polyol Method, were investigated solid solution of Al2O3:Eu3+ with percentages by mass of the europium(III) ion 0.025%, 0.050 % and 0.075%, also prepared by chemical synthesis, using the same method. The thermal decomposition of the precursor powders of Al2O3 and Al2O3:Eu3+ were characterized by thermal analysis (TG/DSC), and it was not observed a large loss of mass in the doped systems. The structural characterized of the powders were by scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), infrared and Raman spectroscopy. The XRD results for the Al2O3:Eu3+ showed crystalline systems after pre-calcination and IR analysis showed bands below 407 cm-1, related to the vibrations of Eu-O, indicating the presence of ions europium(III) in the crystal lattice. The structural parameters were determined from Rietveld structural refinement of the XRD using the program FullProf. Analyses of refinement showed that the precursor powder of Al2O3:Eu3+with 0.025 wt% of europium(III) ions behaved differently compared to other powders doped , this being the only one to have shown catalytic activity in the transesterification reaction of oil soybeans for ... / Mestre

Orientador: Leandro Martins / Banca: Sandra Helena Pulcinelli / Banca: Dilson Cardoso / Resumo: A atividade catalítica e desativação dos catalisadores de estrutura MFI substituídos com gál io foram avaliadas na desidratação do glicerol em fase gasosa. Dois fatores foram modificados e ava liados, o tamanho dos cristalitos e a força ácida dos sítios de Br ø nsted. A su bstituição isomórfica por íons gálio foi avaliada através de mudanças nos volumes de cela unitária dos materiais, calculados pelo método de refinamento de Rietveld. Foram sinteti zados catalisadores de alumínio com as mesmas composições molares e pelos mesmos métodos como medida de comparação. Os compostos carbonáceos depositados sobre os catalisadores responsáveis pela desativação foram quantificados por termogravimetria e caracte rizados por ressonância magnética nuclear de 13 C. As análises químicas elementares de Al e Ga que determinaram as razões Si/Al e Si/Ga revelaram que a cinética de incorporação do gálio é mais lenta, devido as diferenças de pH de formação dos complexos dess es metais responsáveis pela incorporação na estrutura. Mesmo com razões Si/Ga mais elevadas os catalisadores de gálio se mostraram eficientes em relação a atividade o que mostra que a atividade in icial não é afetada por mudanças na força dos sítios. Em rel ação a desativação o gálio na estrutura proporcionou um melhor controle na formação do coque. Foram observadas duas espécies distintas de coque formadas nos catalisadores, sendo elas os compostos poliaromáticos, formados preferencialmente no interior dos p oros, e os compostos poliglicóis derivados da polimerização do glicerol, formados principalmente na superfície externa das zeólitas. / Abstract: The catalytic activity and deactivation of MFI structure catalysts substituted with gallium were evaluated in gas phase glycerol dehydration. Two properties are modified and evaluated, crystallite size and strength of Br ø nsted acid sites. Isomorp hic substitution of gallium ion s was evaluated by changes in unit cell volumes of material, calculated by Rietveld refinement method. Aluminum catalysts with the same gel molar composition were synthesized by the same methods as a comparative. The carbonac eous compounds deposited on the catalyst responsible for deactivation were quantified by thermogravimetry and characterized by 13 C nuclear magnetic resonance. Elemental chemical analys is of Al and Ga that determined the Si/Al and Si/ Ga ratios shown that th e kinetics of gallium incorporation is slower, due to differences in pH form ation of the metal complexes responsible for incorporation in the structure. Even with higher Si/ Ga ratio, the gallium catalysts were efficient in relation to the activity, which shows that the initial activity is not affected by changes in the strength of sites. In relation to deactivation, gallium in structure provides better control in the formation of coke. Tw o distinct species of coke formed on the catalysts was observed, polyaromatic compounds formed inside the pores and the polyglycol compounds, derived from the polymerization of glycerol, formed on the external surface of zeolites. / Mestre

Orientador: Leandro Martins / Co-orientador: / Banca: Regina Celia Galvão Frem / Banca: Dilson Cardoso / Resumo: Este trabalho propõe o emprego de catalisadores lamelares ácidos na reação de desidratação do glicerol com seletividade para produtos de maior valor agregado, como a acroleína. Uma das motivações deste trabalho é a crescente produção e demanda de biodiesel, já que o principal co-produto oriundo do processo é o glicerol. A utilização deste glicerol torna-se imprescindível para uma produção mais eficiente de biodiesel. Os catalisadores lamelares com a presença de micro e mesoporos foram sintetizados e avaliados em termos da acessibilidade dos reagentes aos sítios ácidos, conversão de glicerol e a seletividade a acroleína. Para tal espera-se evitar reações em série que induzem formação de coque e obter-se uma propriedade útil singular destes catalisadores. Os catalisadores ácidos poderiam obter grande conversão de glicerol e alta seletividade para a acroleína se não fosse à deposição de coque no catalisador. As zeólitas lamelares MCM-36 e ITQ-2, que apresentam duas famílias de poros, geralmente têm desempenho catalítico destacado em comparação com a MCM-22, puramente microporosa. Baseado em relatos do uso destes catalisadores em outras reações químicas, o processo de esfoliação causa perda da força dos sítios ativos, mas em contrapartida ocorre a melhora na acessibilidade aos sítios mais internos superando a desvantagem obtida com a perda da força ácida. Algumas caracterizações estruturais e superficiais foram utilizadas para compreensão dos mecanismos envolvidos e na avaliação do desempenho dos catalisadores, aplicando um amplo conjunto de técnicas experimentais. A acessibilidade aos sítios ativos mostrou-se como ponto crucial no desempenho dos catalisadores, aliada ao estudo da acidez e influências na catálise e na desativação dos materiais. / Abstract: The layered MWW family, including the purely microporous MCM-22, pillared MCM-36 and delaminated ITQ-2, was used as catalysts in gas-phase dehydration of glycerol. The method used to produce the mesoporous zeolites minimized diffusion limitations and increased glycerol lifetime conversion due to the secondary system of pores created in the zeolites. The chemical, structural and superficial properties of catalysts were characterized by X-ray diffraction, N2 adsorption-desorption isotherms, SEM, TEM, NH3-TPD and pyridine chemisorptions followed by IR-spectroscopy. The results clearly show that the modified zeolites with designed mesopore structure allowed a rapid diffusion and consequently improved the glycerol conversion. Acid sites characterization revealed that the relative abundance of Brønsted and Lewis acid sites are important for the efficiency of the catalysis performed by these materials. The 13C NMR spectra of the spent catalysts confirmed the change in the nature and amount of carbonaceous deposits due to pore-structure properties of the catalysts, i.e. the formation of polyaromatics compounds are more abundant inside zeolite pores but polyglycols are preferentially formed in the outer surface of the zeolites MCM-36 and ITQ-2, as expected for the more exposed sheets. / Mestre

Orientador: Maria Valnice Boldrin Zanoni / Banca: Regina Celia Galvão Frem / Banca: Lúcio Cesar de Almeida / Resumo: O presente trabalho ilustra duas vertentes para modificação de eletrodo com complexo as pirinato de cobre (II), [(Cu) 2 (Asp) 4 ]. A primeira baseou - se no desenvolvimento de um sensor eletroquímico para detecção de íons nitrito em soluções aquosas. I nicialmente foi estudado o comportamento eletroquímico por voltametria cíclica, sobre eletrodo de carbono vítreo em tampão B - R (0,1 mol L - 1 ) . Nesta condição do estudo, verific ou - se que o complexo apresenta comportamento irreversível e controlado por difusão . Em seguida, imobilizou - se o [( Cu ) 2 (Asp) 4 ] por ciclagens sucessivas sobre a superfície do eletrodo de carbono vítreo, observandoa capacida de eletrodo modificado de tectar os íons nitrito em solução aquosa cerca de 57% melhor que o eletrodo de carbono vítreo sem modificação . O eletrodo de carbono vítreo modificado aplicado para analisar uma amostra comercial de sal de cura ( que contem 5 % (m/m ) de NO 2 - ), diluída em tampão B - R na concentração de 1,0 g L - 1 . O método utilizado foi o adição de padrão, resultando em uma concentração de 0,059 g L - 1 de íons nitrito, obtendo erro de 18%. Indicando boa performanc e do ECV modificado com [(Cu) 2 (Asp) 4 ] para sensor eletroquímico de NO 2 - . A segunda vertente fundamenta - se na modificação de eletrodos de nanotubos de Ti/TiO 2 com [ ( Cu ) 2 (Asp) 4 ] para aplicação de fotoc átodo na redução de NO 2 - . A investigação da redução de íons nitrito por fotoeletrocatálise revelou a melhor condição em 15 mmol L - 1 de NaCl, como eletrólito de suporte, sob potencial de - 0,6 V em pH original da solução sobre o eletrodo modificado com [ ( Cu ) 2 (Asp) 4 ] . A redução de 5,0 mg L - 1 de nitrito nestas condições resultou na redução total em apenas 6 minutos formando 47% de íons amônio e 53% de nitrogênio dissolvidos como outras espécies, sem a presença de íons nitrato.... / Abstract: ABSTRACT This paper illustrates two aspects to electrode modified with aspirinat o complex of copper (II), [(Cu) 2 (Asp) 4 ]. The first was based on the development of an electrochemical sensor for the detection of nitrite ions in aqueous solutions. Initially we studied the electrochemical behavior by cyclic voltammetry on glassy c arbon electrode in B - R buffer (0, 1mol L - 1 ). In this condition the study, it was found that irreversible complex features and behavior controlled by di ffusion. Then the [(Cu) 2 (Asp) 4 ] By cycling successive on the surface of the glassy carbon electrode was immobilized by observing the electrode capacity modified detecting the nitrite ions in aqueous solution about 57% better than the electrode glassy carbon without modification. The modified glassy carbon electrode applied to analyze a commercial sample of curing salt (containing 5% (m/m) of NO 2 - ), diluted in BR buffer at a co ncentration of 1.0 g L - 1 . The method used was the added pattern, resulting in a concentration of 0.059 g L - 1 of nitrite ions, obtaining 18% error. Indicating good p erformance of glassy c arbon electrode modified [(Cu) 2 (Asp) 4 ] for electrochemical sensor NO 2 - . The second part is based on the modification of nanotubes electrodes of Ti/ TiO 2 with [(Cu) 2 (Asp) 4 ] for application of photocathode in reducing NO 2 - . The investigation of reducing nitrite ions per photoelectrocatalysis showed the best condition in 15 mmol L - 1 NaCl as supporting electrolyte under potential - 0.6 V at the original pH of the solution on the electrode modified with [(Cu) 2 (Asp) 4 ]. The reduction 5.0 mg L + of nitrite under these conditions resulted in a complete reduction in only 6 minutes to form ammonium ions 47% and 53% of nitrogen and other dissolved species without the presence of nitrate ions. Modification of tubular nanostructures Ti /TiO 2 with [(Cu) 2 (Asp) 4 ] performed better in... / Mestre

Orientador: Marcelo Nalin / Co-orientador: Regina Célia Galvão Frem / Banca: Leandro Martins / Banca: Gregoire Jean-François Demets / Resumo: O interesse no estudo das MOFs ( Metal Organic Framework ) vem crescendo nos últimos anos, e isso pode ser explicado pela grande versatilidade química e potencialidades de aplicação desses materiais porosos. Possuem funçõe s que se estendem desde sensores, separação de gás, catálise, liberação controlada de fármacos, até aplicações elétricas e ópticas. Dentro desse contexto, o recente grupo de pesquisa criado no Instituto de Química da UNESP de Araraquara, denominado Applied MOFs busca a síntese e aplicação de MOFs, ZIFs e Bio - MOFs para diversas funções. Convém destacar que este é o primeiro trabalho do grupo na química das MOFs, e por essa razão, ele pretende também, na sua parte introdutória, apresentar o estado - da - arte des sa importante e atual área de pesquisa. Quanto à pesquisa desenvolvida nessa Dissertação, ela tem como base MOFs que contêm o ligante orgânico ácido 2 - aminotereftálico, as quais desempenham uma importante aplicação como catalisadores da reação de condensaç ão de Knoevenagel. Tal reação é utilizada para produção de moléculas complexas nas indústrias química e farmacêutica, como exemplo, a lumefantrina, um dos princípios ativos do medicamento antimalária Coartem, possui em sua síntese uma etapa em que duas mol éculas menores são condensadas para formação de uma maior. Neste trabalho, investigamos a influência de duas rotas sintéticas distintas bem como de diferentes precursores metálicos na preparação da MOF NH 2 - MIL - 125(Ti) . Os materiais foram obtidos via reação hidrotérmica ou assistida por microondas, usando como material de partida diferentes alcóxidos de titânio, e esses sólidos foram testados como catalisadores na reação de condensação de Knoevenagel envolvendo benzaldeído e cianoacetato de etila. Por possui r sítios ácidos e básicos, a MOF demonstrou alto desempenho na conversão do benzalde... / Abstract: The interest in the study of MOFs (Metal Organic Framework) has been growing in recent years, and this can be explained by the versatilit y and application potential of these porous materials. They have roles extend from sensors, gas separation, catalysis, drug delivery, electrical and optical applications. In this context, the recent research group created at the Chemistry Institute of UNES P Araraquara, called Applied MOFs, research the synthesis and application of MOFs, ZIFs and Bio - MOFs for various functions. It should be noted that this is the first work of the group in the chemistry of MOFs, and for that reason, it also intends, in its i ntroductory part, to present the state of the art of this important and current research area. As to research conducted in this thesis, it has as MOFs base containing the organic linker 2 - aminoterephthalic acid, which play an important application as catal ysts in the Knoevenagel condensation reaction. This reaction is used for production of complex molecules in the fine chemical and pharmaceutical industries, for example, lumefantrine, one of the active principles of the antimalarial drug Coartem, has in it s synthesis a knoevenagel reaction in one of the steps, where two smaller molecules are condensed to form higher. In this work, we investigated the influence of two different synthetic routes and different metal precursors in the synthesis of MOF NH 2 - MIL - 1 25 (Ti) . The materials were obtained via hydrothermal or microwave assisted reaction, using as a titanium source, two different alkoxides, and these solids were used as catalysts in the Knoevenagel condensation reaction involving benzaldehyde and ethyl cya noacetate. These solids have acidic and basic sites, because of this, the MOF showed high performance in the conversion of benzaldehyde, reaching a value of 96.02% in only 10 minutes of reaction. It is a novel application for that material... / Mestre

Orientador: Maurício Boscolo / Banca: Cícero Wellington Brito Bezerra / Banca: Márcia Cristina Bisinoti / Resumo: A procura por combustíveis alternativos tem se tornado atrativa para substituição do petrodiesel visando benefícios ambientais e econômicos. Seguindo essa tendência, o biodiesel, um combustível renovável e biodegradável, pode ser produzido por reação de transesterificação a partir de ácidos graxos de óleos vegetais e gorduras. Contudo, para que este tipo de reação aconteça com bom rendimento é necessário a utilização de catalisadores, que podem ser homogêneos ou heterogêneos. Neste contexto, o presente trabalho envolve a preparação por co-precipitação de hidromagnesitas (Mg5(CO3)4(OH)2·4H2O) e hidrotalcitas (Mg6Al2CO3(OH) 16·4H2O) modificadas com diferentes cátions (Ca2+, Zn2+, Cu2+, Ba2+, Ag+, Ti4+ e Nb5+) empregadas como precursores de óxidos catalisadores (calcinados a 450, 600 e 800°C), e a avaliação de seus potenciais catalíticos na síntese de biodiesel etílico. Estes precursores (hidromagnesitas e hidrotalcitas) são de fácil obtenção em laboratório e tem baixo custo de produção. Os materiais precursores e os seus respectivos óxidos foram caracterizados por TGA, XRD, FTIR-ATR, BET e Acidez(adsorção de butilamina) e alcalinidade(adsorção de CO2 ). Os materiais de referência foram óxidos derivados de hidromagnesita e hidrotalcita sem modificações. A síntese de biodiesel foi conduzida a 120oC por 12 h usando 20% (m/m) de catalisador por massa de óleo de soja, e a proporção dos reagentes de 1:20 (mol/mol) de óleo de soja/etanol. Os ésteres alquílicos foram quantificados por GC-FID. A reação de transesterificação catalisada pelo óxido de referência derivado de hidromagnesita teve rendimento de 40%, enquanto que a catálise com o óxido modificado com 20% de Ca2+ alcançou 80% de conversão dos ácidos graxos, e apresentou o maior tamanho de cristalito determinado por XRD e maior relação alcalinidade/acidez. A reação catalisada com o óxido de referência derivado de... / Abstract: The search for alternative fuels has become attractive to replace of petroleum diesel aiming environmental and economic benefits. Following this trend, biodiesel, a renewable and biodegradable fuel, can be produced by transesterification reaction as from fatty acids as vegetable oil and fat. However, for this king reaction happens in good the use of catalyst is required, which can be homogeneous or heterogeneous. In this context, this work involves the preparation of co-precipitation hydromagnesites (Mg5(CO3)4(OH)2·4H2O) and hydrotalcites (Mg6Al2CO3(OH) 16·4H2O) modified with different cations (Ca2+, Zn2+, Cu2+, Ba2+, Ag+, Ti4+ e Nb5+) appointed as precursors of the catalysts oxide (calcined at 450, 600 and 800°C), and evaluation of their potential catalytic in ethyl biodiesel synthesis. These precursors (hydromagnesites and hydrotalcites) are readily available in the laboratory and they have low production cost. The precursor materials and their respective oxides were characterized by TGA, XRD, FTIR-ATR, BET, acidity(butylamine adsorption) and basicity(CO2 adsorption). The reference materials were hydromagnesites and hydrotalcites unchanged derivative oxides. The biodiesel synthesis was conducted at 120oC for 12 h using 20% (m/m) catalyst to soybean oil mass, and the proportion of reactants 1:20 (mol/mol) of soybean oil/ethanol. The alkyl esters were quantified to GC-FID. The transesterification reaction catalyzed with reference oxide derivative of hydromagnesite had 40% yield while catalysis with the modified oxide with 20% Ca2+ reached 80% conversion of fatty acids, and presented the highest crystallite size determined by XRD and higher relative basicity/acidity. The reaction catalyzed with reference oxide derivative of hydrotalcite converted 12% of the fatty acids, while their modification with 20% Ca2+ reached 89% yield, beyond the higher basicity compared to other catalysts materials / Mestre

Orientador: Mauricio Boscolo / Banca: Diogo Paschoalini Volanti / Banca: João Claudio Thoméo / Banca: José Clayston Melo Pereira / Banca: Adriana Paula Ferreira / Resumo: Os biocombustíveis são vistos como fontes sustentáveis para substituir os combustíveis fósseis, e o etanol é reconhecido como a principal alternativa. Uma maneira de aumentar a competitividade desse composto é o princípio de biorrefinaria, associando a produção de mais de um produto por processo. Os desafios estão associados ao desenvolvimento e desempenho de novos catalisadores capazes de produzir compostos de maior valor agregado. Os óxidos utilizados são derivados de HDLs e foram modificados com Cu, V, W, Ti, Sn e Zr. Os materiais foram caracterizados por diversas técnicas analíticas e, após a caracterização, foram empregados em reações em batelada a fim de converterem etanol em produtos de maior peso e valor. Em um segundo momento avalia'se a despolimerização da biomassa presente nas reações, e a metodologia de superfície de resposta para a maximização da reforma do etanol e dos produtos condensáveis. Por fim, um desses materiais sintetizados, foi testado em condições severas de tempo e temperatura a fim de avaliar os produtos formados e a robustez desse catalisador durante vários ciclos reacionais. Os produtos foram analisados por CG-FID e CG-MS e os resultados discutidos com base na literatura. A incorporação dos metais foi possível nas condições testadas e a modificação é capaz de apresentar um perfil diferente de conversão e reforma para cada metal modificador. Amaior conversão em produtos é do W-OMM (54,7%). Os produtos majoritários encontrados em todas as reações... / Abstract: Biofuels are seen as sustainable sources to replace fossil fuels and ethanol is recognized as the main alternative. To increase the competitiveness of this compound is the biorefinery principle, associating the production of more product per process. The challenges are development and performance of new catalysts for production of higher value compounds. The oxides used are derived from HDLs and were modified with Cu, V, W, Ti, Sn and Zr. The materials were characterized by various techniques, and after characterization, they were employed in batch reactions to convert ethanol. Secondly, the depolymerization of the biomass present in the reactions and the response surface methodology for maximizing the reforming of ethanol and condensable products are evaluated. Finally, one of these synthesized materials was tested under severe time and temperature conditions to evaluate the products formed and the robustness of this catalyst during reaction cycles. The products were analyzed by CG-FID and CG-MS and the results discussed based on the literature. The incorporation of the metals is possible under the tested conditions and the modification is able to present a different conversion and reforming profile for each modifier metal. The largest conversion in products and the best oxide for conversion is W-OMM(54.7%), with Sn-OMM (10.4%) being the worst. The major products found in all reactions were butanol and ethyl acetate. Modification with metals reveals that the Guerbet pathway ... / Doutor

Orientador: Celso Valentim Santilli / Coorientador: Thiago Faheina Chaves / Banca: Regina Célia Galvão Frem / Banca: Wellington Henrique Cassinelli / Resumo: Este trabalho descreve o estudo de uma nova metodologia de síntese para obtenção de zeólitas MFI contendo uma estrutura hierárquica de poros. A porosidade hierárquica é uma propriedade que aumenta a acessibilidade dos reagentes aos sítios ativos dos cristais zeolíticos, sendo importante na melhora do desempenho desses materiais em diversas aplicações como adsorção, catálise e troca iônica. São vários os métodos que abordam a utilização de organossilanos como geradores de porosidade hierárquica mas poucos são os estudos que abordam esses compostos sendo empregados em sistemas de síntese bifásicos, por exemplo, em sistemas microemulsionados. Neste trabalho, a metodologia de síntese consistiu primeiramente na funcionalização de núcleos zeolíticos com três diferentes organossilanos em uma etapa de pré-cristalização a 40oC: octiltrietoxisilano (C8), dodeciltrietoxisilano (C12) e hexadeciltrimetoxisilano (16). A análise estrutural dos materiais foi feita por meio das técnicas de difração de raios X, RMN no estado sólido, termogravimetria e espectroscopia na região do infravermelho, enquanto as propriedades texturais foram avaliadas por fisissorção de nitrogênio e porosimetria de mercúrio. O organossilano C8 apresentou os resultados mais promissores levando a obtenção de zeólitas MFI contendo poros hierárquicos (Vmicro ~ 0,130 cm3g-1, Vmeso ~ 0,211 cm3g-1) e elevadas área externa específica (Sext ~ 273 m2g-1) e hidrofobicidade (θ ~ 140o). Este organossilano foi então utilizado no es... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This work describes a new approach to the synthesis to obtain MFI zeolites with hierarchical porosity. Hierarchical porosity is a property that improves the accessibility of reactants to active sites in the zeolite crystals, which is important in different technical applications like as adsorptive or catalytic processes. There are many methods using organosilane to create the hierarquical porosity but are few studies that explores this compounds in two-phase systems like a micro-emulsion systems. In this work, the methodology first consisted of zeolite nucleus functionalization with three organosilanes in a temperature at 40 oC: octyltriethoxysilane (C8), dodecyltrietoxisilane (C12) and hexadecyltrimethoxysilane (C16). The structural analysis of the materials was done by the using of X-ray diffraction, solid state NMR, thermogravimetry and infrared spectroscopy, while the textural properties were evaluated by nitrogen physisorption and mercury porosimetry. The octyltriethoxysilane demonstrated the best results to obtainment of MFI zeolites containing hierarchical pores (Vmicro ~ 0,130 cm3g-1, Vmeso ~ 0,211 cm3g-1), large surface area (Sext ~ 273 m2g-1) and hydrophobic profile (θ ~ 140o). This organosilane was used in the study of addition of an oil phase (dodecane) after the nucleus functionalization. The oil phase was stabilized by functionalized and hydrophobic zeolite nucleus around the oil phase during the hydrothermal crystallization process at 150o C. In this stage, the... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre