Catalisadores bifuncionais a base de óxido de zircônio modificado por óxidos de tungstênio (W = 10, 15 e 20 %) ou molibdênio (Mo= 10, 15 e 20 %) contendo platina (Pt = 1 %) foram preparados pelo método dos precursores poliméricos. Por comparação, catalisadores a base de tungstênio também foram preparados pelo método de impregnação. Após calcinações a 600, 700 e 800 ºC, os catalisadores foram caracterizados por difração de raios-X, espectroscopia de absorção na região do infravermelho, análise termogravimétrica, análise térmica diferencial, adsorção de nitrogênio e microscopia eletrônica de varredura. Os perfis de redução dos metais foram determinados por redução a temperatura programada. Os catalisadores sintetizados foram testados na isomerização do n-heptano. Os difratogramas de raios-X dos catalisadores Pt/WOx-ZrO2 e Pt/MoOx-ZrO2 revelaram a presença do ZrO2 tetragonal e da platina metálica em todas as amostras calcinadas. Picos de difração referentes ao WO3 e ao ZrO2 monoclínico também foram observados em algumas das amostras dos catalisadores Pt/WOx-ZrO2. Nos catalisadores do tipo Pt/MoOx-ZrO2 também foram observados picos de difração referente ao ZrO2 monoclínico e ao óxido Zr(MoO4)2. O aparecimento destas outras fases contidas nos catalisadores Pt/WOx-ZrO2 e Pt/MoOx- ZrO2 variaram de acordo com o teor de W ou Mo e de acordo com a temperatura de calcinação. Os espectros de absorção na região do infravermelho exibiram bandas de absorção referentes as ligações O-W-O e W=O nos catalisadores Pt/WOx-ZrO2 e referentes as ligações O-Mo-O, Mo=O e Mo-O nos catalisadores Pt/MoOx-ZrO2. A área superficial específica dos catalisadores Pt/WOx-ZrO2 variou de 30-160 m2 g-1 e para os catalisadores do tipo Pt/MoOx-ZrO2 variou de 10-120 m2 g-1. O teor de metais (W ou Mo) e a temperatura de calcinação exercem uma influência direta no valor da área superficial específica das amostras. Os perfis de redução dos catalisadores Pt/WOx-ZrO2 exibiram dois picos a baixas temperaturas, os quais são atribuídos a redução da platina. A redução das espécies WOx foi evidenciada por dois picos de redução a altas temperaturas. No caso dos catalisadores Pt/MoOx-ZrO2, os perfis de redução mostram três eventos de redução, os quais são atribuídos a redução das espécies MoOx depositadas no suporte e em algumas amostras um dos picos é relacionado com a redução do óxido Zr(MoO4)2. Os catalisadores Pt/WOx-ZrO2 foram ativos para a isomerização do n-heptano com alta seletividade a 3-metil-hexano, 2,3-dimetil-pentano e 2-metil-hexano entre outros hidrocarbonetos ramificados. Os catalisadores Pt/MoOx- ZrO2 praticamente não apresentaram atividade para a isomerização do n-heptano, gerando principalmente produtos oriundos do craqueamento catalitico. _________________________________________________________________________________________ ABSTRACT: Bifunctional catalysts based on zircon oxide modified by tungsten (W = 10, 15 and 20 %) and by molybdenum oxide (Mo= 10, 15 e 20 %) containg platinum (Pt = 1%) were prepared by the polymeric precursor method. For comparison, catalysts the tungsten base was also prepared by the impregnation method. After calcinations at 600, 700 and 800 ºC, the catalysts were characterized by X-ray diffraction, fourier-transform infrared spectroscopy, thermogravimetric and differential thermal analysis, nitrogen adsorption and scanning electron microscopy. The profile of metals reduction was determined by temperature programmed reduction. The synthesized catalysts were tested in n-heptane isomerization. X-ray diffractogram of the Pt/WOx-ZrO2 and Pt/MoOx-ZrO2 catalysts revealed the presence of tetragonal ZrO2 and platinum metallic phases in all calcined samples. Diffraction peaks due WO3 and ZrO2 monoclinic also were observed in some samples of the Pt/WOx-ZrO2 catalysts. In the Pt/MoOx-ZrO2 catalysts also were observed diffraction peaks due ZrO2 monoclinic and Zr(MoO4)2 oxide. These phases contained on Pt/WOx-ZrO2 and Pt/MoOx-ZrO2 catalysts varied in accordance with the W or Mo loading and in accordance with the calcination temperature. The infrared spectra showed absorption bands due O-W-O and W=O bonds in the Pt/WOx-ZrO2 catalysts and due O-Mo-O, Mo=O and Mo-O bonds in the Pt/MoOx-ZrO2 catalysts. Specific surface area for Pt/WOx-ZrO2 catalysts varied from 30-160 m2 g-1 and for the Pt/MoOx-ZrO2 catalysts varied from 10-120 m2 g-1. The metals loading (W or Mo) and the calcination temperature influence directly in the specific surface area of the samples. The reduction profile of Pt/WOx-ZrO2 catalysts showed two peaks at lower temperatures, which are attributed to platinum reduction. The reduction of WOx species was evidenced by two reduction peak at high temperatures. In the case of Pt/MoOx-ZrO2 catalysts, the reduction profile showed three reduction events, which are attributed to reduction of MoOx species deposited on the support and in some samples one of the peak is related to the reduction of Zr(MoO4)2 oxide. Pt/WOx-ZrO2 catalysts were active in the n-heptane isomerization with high selectivity to 3-methyl-hexane, 2,3- dimethyl-pentane, 2-methyl-hexane among other branched hydrocarbons. The Pt/MoOx-ZrO2 catalysts practically didn't present activity for the n-heptane isomerization, generating mainly products originating from the catalytic cracking.

Orientador: Adriana Zerlotti Mercadante / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimento / Made available in DSpace on 2018-08-19T05:24:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gurak_PolianaDeyse_D.pdf: 2576170 bytes, checksum: 75f41dadc16bd530f6cea22fa2213682 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Muitos processos utilizados na indústria de alimentos empregam altas temperaturas e proporcionam o contato dos alimentos com substâncias pró-oxidantes. Tais condições tornam a sequência de ligações duplas conjugadas presente nos carotenoides susceptível à isomerização geométrica, oxidação e degradação. Portanto, o objetivo principal deste trabalho foi estudar a degradação térmica e química do b-caroteno, através da identificação dos compostos primários de degradação e sua relação com a capacidade antioxidante e as propriedades de cor. Os experimentos realizados foram: a) aquecimento a 120 °C na presença de ar; b) aquecimento a 120 °C sob fluxo de oxigênio, c) aquecimento a 120 °C na presença de ar e adição de galato de propila; d) aquecimento a 150 °C na presença de ar; e) aquecimento a 150 °C sob fluxo de oxigênio; f) aquecimento a 150 °C sob fluxo de nitrogênio; g) clivagem oxidativa com permanganato de potássio (KMnO4) e h) reação de epoxidação com ácido meta-cloro-perbenzóico (MCPBA). A degradação do b-caroteno foi monitorada através da análise de carotenóides totais por espectrofotometria, a avaliação da cor por colorimetria (parâmetros CIELAB) e análise do perfil de carotenóides por cromatografia líquida de alta eficiência com detectores de arranjo de fotodiodos e espectrometria de massas (HPLC-DAD-MS/MS). As alterações na capacidade antioxidante foram avaliadas por meio da capacidade de desativação do radical ABTS¿+ (2,2¿-azinobis-(3-etilbenzotiazolina-6-sulfonato)) e da proteção contra o oxigênio singlete (1O2) utilizando o 9,10-dimetil-antraceno como actinômetro e azul de metileno como sensibilizador. Foram identificados 16 carotenóides gerados pela degradação térmica e química do b-caroteno. O aquecimento resultou na diminuição da concentração de all-trans-b-caroteno com a formação de isômeros (13-cis, 9-cis, 15-cis, 9,13-di-cis, 9,15-di-cis, 9,13¿-di-cis, 13,15-di-cis-ß-caroteno), epóxidos (5,6 e 5,8-epóxi-ß-caroteno) e, em menor quantidade, apocarotenóides (ß-apo-8¿-carotenal, ß-apo-10¿-carotenal, ß-apo-12¿-carotenal). Na oxidação química com KMnO4, o all-trans-b-caroteno foi totalmente degradado após 30 min de reação com formação de b-apo-8¿-carotenal, b-apo-10¿-carotenal, b-apo-12¿-carotenal, b-apo-15-carotenal e semi-b-carotenona. Já na reação com MCPBA, o all-trans-b-caroteno não foi completamente degradado e os produtos de degradação formados em maior proporção foram 5,6-epóxi-b-caroteno, 5,6:5¿,6¿-diepóxi-b-caroteno, 5,6:5¿,8¿-diepóxi-b-caroteno e 5,8-epóxi-b-caroteno, além de pequena quantidade de 13-cis-b-caroteno e 9-cis-b-caroteno. Em todos os experimentos foi observada a existência de correlação superiores a 0,91 entre alguns parâmetros físicos de cor (b* e C*ab) e o parâmetro químico (teor de carotenóides totais), indicando que estes parâmetros de cor podem ser utilizados para monitorar a degradação de carotenóides. O mecanismo proposto para os dois tipos de degradação (térmica e química) envolveu reações reversíveis e irreversíveis, para formação de compostos de isomerização e de oxidação, respectivamente. A análise da capacidade antioxidante mostrou que a presença isolada de b-caroteno ou a mistura de b-caroteno com produtos de degradação térmica apresentaram valores similares de TEAC (capacidade antioxidante equivalente a trolox) e de porcentagem de proteção contra 1O2. Por outro lado, os produtos de oxidação gerados na reação química com KMnO4 resultaram em um aumento nos valores de TEAC e maior eficiência da desativação do 1O2 com o aumento do tempo de reação / Abstract: Many processes in the food industry aplly high temperatures and allow the contact with pro-oxidant substances, such conditions in which the sequence of conjugated double bonds, present in carotenoids, is susceptible to geometric isomerization, oxidation and degradation. Therefore, the main aim of this work was to study the thermal and chemical degradation of b-carotene, identifying the primary degradation compounds and its relation with the antioxidant capacity and colour properties. The experiments were: a) heating at 120 °C with air exposure; b) heating at 120 °C under flow of pure oxygen; c) heating at 120 °C with air exposure and addition of propyl gallate; d) heating at 150 °C with air exposure; e) heating at 150 °C under flow of pure oxygen; f) heating at 150 °C under a flow of pure nitrogen; g) oxidative cleavage with potassium permanganate (KMnO4); and h) epoxidation with meta-chloroperbenzoic acid (MCPBA). In all experiments, the degradation and formation of isomerization and oxidation products were monitored by analysis of total carotenoids by spectrophotometer, colour evaluation by colorimetry and carotenoid profile analysis by high-performance liquid chromatography with photodiode array detector and mass spectrometry (HPLC-DAD-MS). Changes in the antioxidant capacity were monitored by the scavenging capacity against the ABTS¿+ (2,2-azinobis(3-ethylbenzthiazoline-6-sulphonic acid)), and protection against singlet oxygen (1O2) using 9,10-dimethyl-anthracene as actinometer and methylene blue as sensitizer. A total of sixteen carotenoids were identified in both the chemical and thermal degradation of b-carotene. Heating caused a decrease in the all-trans-b-carotene content with the formation of cis isomers (13-cis, 9-cis, 15-cis, 9,13-di-cis, 9,15-di-cis, 9,13¿-di-cis, 13,15-di-cis-b-carotene), epoxides (5,6 and 5,8-epoxy-b-carotene) and apocarotenoids (b-apo-8'-carotenal, b-apo-10'-carotenal, b-apo-12'-carotenal). The chemical degradation with KMnO4 completely degraded the all-trans-b-carotene in 30 minutes of reaction, with the formation of b-apo-8'-carotenal, b-apo-10'-carotenal, b-apo-12'-carotenal, b-apo-15-carotenal and semi-b-carotenone. In the reaction with MCPBA, all-trans-b-carotene was not completely degraded and the major products were 5,6-epoxy-b-carotene, 5,6:5¿,6¿-diepoxy-b-carotene, 5,6:5¿,8¿-diepoxy-b-carotene and 5,8-epoxy-b-carotene, with small amounts of 13-cis-b-carotene and 9-cis-b-carotene. All experiments showed correlations above 0.91 between some physical colour parameters (b* and C*ab) and chemical parameters (content of total carotenoids), indicating that some colour parameters can be used to monitor carotenoid degradation. The proposed mechanism in both types of degradation (thermal and chemical) involved reversible and irreversible reactions, to the formation of isomerization and oxidation compounds, respectively. The analysis of the antioxidant capacity showed that both pure b-carotene and the mixture of b-carotene with thermal degradation products had similar values of TEAC (trolox equivalent antioxidant capacity), as well as similar protection percentage against 1O2. On the other hand, the products formed in the chemical reaction with KMnO4 resulted in increase in both the TEAC values and protection against 1O2 with the increase in reaction time / Doutorado / Ciência de Alimentos / Doutor em Ciência de Alimentos

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3706.pdf: 2821060 bytes, checksum: 5975ad59eeeedfbd6e16578292306171 (MD5) Previous issue date: 2011-08-01 / Universidade Federal de Sao Carlos / The objective of this study was to verify the influence of the Si/Al ratio (11.5, 15.0, 25.0, 40.0 and 140.0) in zeolite ZSM-5 in the conversion, activity, selectivity and stability as bifunctional catalysts (Pt/H-ZSM-5) applied to the isomerization reaction of n-hexane. To prepare the bifunctional catalysts, initially the zeolites were submitted, successively, to ion exchange with ammonium cations, ion exchange cations with platinum, calcination and activation process. From the results of the isomerization of n-hexane, it was observed that with the increase of the Si/Al ratio, that is, decreasing the amount of aluminum, there was a reduction in activity and conversion. This is due to decrease the number of acid sites present, responsible to isomerize the carbocation generated in these sites. In contrast, the increase of the Si/Al ratio leads to a better selectivity to the formation of isomers. Among the catalysts, the Pt/H-ZSM-5 (15.0) showed the best result of conversion and activity. In order to compare the Pt/H-ZSM-5 catalysts, the reaction was carried out using the isomerization catalyst Pt/H-Beta (9.0). This catalyst had the best result that all the others, this result may possibly be due to increased acidity of the material and its morphological characteristics, such as type and diameter of pores etc. and/or the crystallite size of zeolites used. / O objetivo deste estudo foi verificar a influência da razão Si/Al (11,5, 15,0, 25,0, 40,0 e 140,0) na zeólita ZSM-5 através da conversão, atividade, seletividade e estabilidade de catalisadores bifuncionais (Pt/H-ZSM-5) aplicados a reação de isomerização do n-hexano. Para preparar os catalisadores bifuncionais, inicialmente as zeólitas foram submetidas, sucessivamente, a troca iônica das zeólitas com cátions amônio, troca iônica com cátions platina, processos de calcinação e ativação. A partir dos resultados da isomerização do nhexano observou que com o aumento da razão Si/Al, isto é, diminuição da quantidade de alumínio, obteve-se uma redução na atividade e conversão. Tal fato se deve a diminuição do número de sítios ácidos presentes, sendo que os mesmos são responsáveis por isomerizar os carbocátions gerados nos sítios. Em contrapartida, o aumento da razão Si/Al acarreta em uma melhor seletividade a formação dos isômeros. Dentre os catalisadores Pt/H-ZSM-5, o catalisador Pt/H-ZSM-5 (15,0) foi o que apresentou melhor resultado de atividade e conversão. A fim de comparar os catalisadores Pt/H-ZSM-5, a reação de isomerização do nhexano foi realizada utilizando o catalisador Pt/H-Beta (9,0). O mesmo obteve melhor resultado que todos os outros, podendo tal resultado ser, possivelmente, devido a maior acidez do material e suas características morfológicas, como tipo e diâmetro de poros etc. e/ou pelo tamanho do cristalito das zeólitas utilizadas.

L'EU-1 et la MCM-22 sont deux zéolithes à taille de pores intermédiaire, utilisées respectivement pour l'isomérisation de la coupe C8 aromatique et l'alkylation du benzène par des oléfines légères. Leurs propriétés catalytiques originales sont dues à une contribution très importante des sites acides localisés sur leur surface externe. Au cours de ce travail, différentes approches ont été envisagées pour augmenter la quantité ou la proportion de ces sites aux dépends des sites internes. Tout d'abord, une série de zéolithes H-EU-1 partiellement échangées par du sodium a été préparée et caractérisée par voie physicochimique et par des réactions modèles. Comme attendu, l'échange s'accompagne d'une diminution de la concentration en sites acides de Brönsted. Toutefois, une augmentation importante de la quantité de sites acides très forts a été observée pour des taux d'échange de 26 à 35 % et corrélée à l'augmentation de l'activité en craquage du méthylcyclohexane. Par ailleurs, les conversions du m-xylène et du 1,3,5-triméthylbenzène diminuent rapidement pour de faibles taux d'échange, ce qui pourrait s'expliquer par un échange préférentiel des sites acides externes, également mis en évidence dans le cas de zéolithes MCM-22. Enfin, une nouvelle zéolithe de la famille MWW a été synthétisée et caractérisée. Cette zéolithe possède une acidité totale similaire à celle de la MCM-22, mais une proportion de sites acides externes beaucoup plus importante, conduisant à une activité beaucoup plus grande en transformation du m-xylène et du 1,3,5-triméthylbenzène. Cette nouvelle zéolithe pourrait donc constituer une alternative intéressante à la zéolithe MCM-22 en alkylation du benzène. / EU-1 and MCM-22 are two 10-ring zeolites used in petrochemical applications such as C8-aromatic cut isomerization and benzene alkylation with short olefins. In all these processes, the original catalytic behaviors of both zeolites are characterized by an important contribution of the acid sites located over the external surface of their crystals. In this work, different methods were investigated in order to increase the amount or the proportion of these acid sites at the expense of those located inside the pores. Firstly, a series of partially Na-exchanged H-EU-1 was prepared and fully characterized through physicochemical techniques and model reactions. As expected, the exchange led to a gradual decrease in the total Brönsted site concentration. Nevertheless, an increase of the concentration in very strong acid sites was obtained for exchange ratio between 26 and 35%, leading to a significant increase of the activity in methylcyclohexane transformation. On the other hand, m-xylene and 1,3,5-trimethylbenzene (135-TMB) conversions decreased rapidly at low exchange ratio, which was attributed to a preferential exchange of the external acid sites. This latter phenomenon was also observed over Na-exchanged H-MCM-22 zeolites. Secondly, a new zeolite belonging to the MWW family was synthesized and characterized. This zeolite was shown to possess the same acid site concentration than MCM-22 zeolite but with a much higher proportion of external sites. In consequence, it exhibited a very high catalytic activity in both m-xylene and 135-TMB transformations. This material could therefore be considered as an alternative to MCM-22 in the benzene alkylation process. / EU-1 e MCM-22 são dois zeólitos de poros intermédios utilizados, respetivamente, na isomerização do corte C8 aromático e na alquilação do benzeno com olefinas leves. As suas propriedades catalíticas originais devem-se a uma importante contribuição dos centros ácidos localizados nas superfície externa. Nesta tese, diferentes abordagens foram investigadas com o objetivo de aumentar a quantidade ou a proporção destes centros ácidos em detrimento dos centros internos. Primeiramente, uma série de zeólitos H-EU-1 parcialmente permutados com sódio foi preparada e caracterizada por via físico-química e por reações modelo. Como esperado, a permuta é acompanhada por uma diminuição da concentração em centros ácidos de Brönsted. Contudo, um importante aumento da quantidade de centros ácidos muito fortes foi obtido para taxas de permuta entre 26 e 35% e correlacionado com um aumento da atividade no cracking do metilciclohexano. Por outro lado, as conversões do m-xileno e do 1,3,5-trimetilbenzeno diminuem rapidamente para baixas taxas de permuta, o que pode ser explicado por uma permuta preferencial dos centros ácidos externos. Este último fenómeno foi igualmente observado no caso do zeólito H-MCM-22 permutado com sódio. Por fim, um novo zeólito pertencente à família MWW foi sintetizado e caracterizado. Este zeólito demonstrou possuir uma acidez total semelhante à do zeólito MCM-22, porém com uma muito maior proporção de centros ácidos externos, conduzindo a uma bastante superior atividade nas transformações do m-xileno e do 1,3,5-trimetilbenzeno. Este novozeólito poderá, portanto, representar uma alternativa interessante ao zeólito MCM-22 na alquilação do benzeno.

Neste trabalho, fracionou-se e tratou-se a argila Brasgel. Esta argila foi pilarizada em vários estágios de facionamento e/ou tratamento com 5 meq de Al / g de argila: (i) Al-PILC, a argila passou por todos os estágios de fracionamento e tratamento (ARG), (ii) Al-PILCFe, a argila não passou pela etapa de retirada de Fe livre (ARGFe) e (iii) Al-PILCFe/silte, a argila não passou pelas etapas de retirada de silte e Fe livre (ARGFE/silte). Em análise por DRX observou-se que as Al-PILCs apresentaram uma distância basal maior que as argilas de partida. A análise textural indicou que as argilas Al-PILCs e ARGs são materiais mesoporosos, com poros do tipo fenda estreita e do tipo fenda, respectivamente. Além disso, as Al-PILCs apresentaram área superficial razoavelmente maior que as ARGs correspondentes. Outras análises feitas nas argilas foram: teor de Si, Fe e Al; CTC; FTIR; TGA e TGD. As argilas Brasgel pilarizadas foram usadas como catalisador na reação de isomerização do óxido de estireno em hexano sob refluxo. A reação foi seletiva na formação de fenilacetaldeído. As argilas Al-PILCFe e Al-PILCFe/silte apresentaram melhor desempenho catalítico (100 % de conversão em 20 min de reação). Assim, as argilas Brasgel pilarizadas se apresentaram como uma Tecnologia Limpa na reação de isomerização do óxido de estireno ao fenilacetaldeído. Palavras-chave: Desenvolvimento Sustentável. Tecnologia Limpa. Química Verde. Argilas Pilarizadas. Isomerização de Epóxidos. / This work, the Brasgel clay was fractionated and treated. The clay was pillared in several stages of fractionation and / or treatment with Al 5 meq / g of clay: (i) Al- PILC, the clay has passed through all stages of treatment and fractionation (ARG), (ii) Al-PILCFe, the clay would not pass the step of removal of free Fe (ARGFe) and (iii) Al-PILCFe/silt, clay has not gone through the steps of removing silt and free Fe (ARGFE/silt). XRD analysis showed that the Al-PILCs showed a basal spacing greater than the starting clays. The textural analysis indicated that the Al-PILCs and ARGs are mesoporous materials, with pore narrow slit type and slit type, respectively. Moreover, the Al-PILCs showed reasonable surface area greater than the corresponding ARGs. Other analyzes were made on clays: the content of Si, Fe and Al; CEC, FTIR, TGA and TGD. Brasgel pillared clays have been used as catalyst in the isomerization reaction of the styrene oxide in refluxing. The reaction was selective for the formation of phenylacetaldehyde. Al-PILCFe and Al-PILCFe/silt clays showed better catalytic performance (100% conversion in 20 min of reaction). Thus, the pillared clays Brasgel presented as a Clean Technology in the isomerization reaction of styrene oxide to phenylacetaldehyde. Keywords: Sustainable Development. Clean Technology. Green Chemistry. Pillared Clays. Isomerization of Epoxides.

Neste trabalho, fracionou-se e tratou-se a argila Brasgel. Esta argila foi pilarizada em vários estágios de facionamento e/ou tratamento com 5 meq de Al / g de argila: (i) Al-PILC, a argila passou por todos os estágios de fracionamento e tratamento (ARG), (ii) Al-PILCFe, a argila não passou pela etapa de retirada de Fe livre (ARGFe) e (iii) Al-PILCFe/silte, a argila não passou pelas etapas de retirada de silte e Fe livre (ARGFE/silte). Em análise por DRX observou-se que as Al-PILCs apresentaram uma distância basal maior que as argilas de partida. A análise textural indicou que as argilas Al-PILCs e ARGs são materiais mesoporosos, com poros do tipo fenda estreita e do tipo fenda, respectivamente. Além disso, as Al-PILCs apresentaram área superficial razoavelmente maior que as ARGs correspondentes. Outras análises feitas nas argilas foram: teor de Si, Fe e Al; CTC; FTIR; TGA e TGD. As argilas Brasgel pilarizadas foram usadas como catalisador na reação de isomerização do óxido de estireno em hexano sob refluxo. A reação foi seletiva na formação de fenilacetaldeído. As argilas Al-PILCFe e Al-PILCFe/silte apresentaram melhor desempenho catalítico (100 % de conversão em 20 min de reação). Assim, as argilas Brasgel pilarizadas se apresentaram como uma Tecnologia Limpa na reação de isomerização do óxido de estireno ao fenilacetaldeído. Palavras-chave: Desenvolvimento Sustentável. Tecnologia Limpa. Química Verde. Argilas Pilarizadas. Isomerização de Epóxidos. / This work, the Brasgel clay was fractionated and treated. The clay was pillared in several stages of fractionation and / or treatment with Al 5 meq / g of clay: (i) Al- PILC, the clay has passed through all stages of treatment and fractionation (ARG), (ii) Al-PILCFe, the clay would not pass the step of removal of free Fe (ARGFe) and (iii) Al-PILCFe/silt, clay has not gone through the steps of removing silt and free Fe (ARGFE/silt). XRD analysis showed that the Al-PILCs showed a basal spacing greater than the starting clays. The textural analysis indicated that the Al-PILCs and ARGs are mesoporous materials, with pore narrow slit type and slit type, respectively. Moreover, the Al-PILCs showed reasonable surface area greater than the corresponding ARGs. Other analyzes were made on clays: the content of Si, Fe and Al; CEC, FTIR, TGA and TGD. Brasgel pillared clays have been used as catalyst in the isomerization reaction of the styrene oxide in refluxing. The reaction was selective for the formation of phenylacetaldehyde. Al-PILCFe and Al-PILCFe/silt clays showed better catalytic performance (100% conversion in 20 min of reaction). Thus, the pillared clays Brasgel presented as a Clean Technology in the isomerization reaction of styrene oxide to phenylacetaldehyde. Keywords: Sustainable Development. Clean Technology. Green Chemistry. Pillared Clays. Isomerization of Epoxides.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5322.pdf: 3668179 bytes, checksum: e3612c159bebd3f0a5be1640868316ae (MD5) Previous issue date: 2013-03-21 / Financiadora de Estudos e Projetos / The conversion of the hemicellulosic fraction in ethanol is a factor that impacts on the economic viability of the second generation ethanol production process from sugar cane bagasse. Hemicellulose from bagasse is a heteropolymer constituted by pentoses and glucose, being xylose the predominant sugar (~ 21 %). Among the available technological alternatives for ethanol production from xylose, SIF process (Simultaneous Isomerization and Fermentation), consisting of xylose conversion to xylulose by glucose isomerase (GI) enzyme and xylulose fermentation by the yeast S. cerevisiae, is considered a promising alternative. The main objectives of the present work were: i) evaluate the performance of different S. cerevisiae strains towards xylulose intake and ethanol productivity; ii) assess the influence of cultivation conditions (temperature, oxygen availability and initial xylose concentration) upon ethanol and xylitol production by the selected strains; iii) define the operation conditions for the continuous SIF process, using a system of fixed bed reactors associated in series. Preliminary experiments were conducted in 50 mL flasks, containing 4 g of pellets with a load of 20 % of immobilized GI, co-immobilized with yeast (load of 10 %) in alginate gel. For the screening of yeasts showing better performance on ethanol production from xylose, two commercial baker´s yeast strains (Itaiquara® e Fleischmann®), three industrial strains (BG-1, CAT-1 e PE-2) and one lab strain (CEN.PK113-7D) were evaluated. These experiments were performed at 35 oC, using a medium composed by xylose (60 g/L), urea (5 g/L), CaCl2 (1.9g/L) and several salts, at initial pH of 5.6. Additional SIF studies were carried out with the selected yeasts Itaiquara®, BG-1 or CEN.PK113-7D under different temperature conditions (40 oC), aeration (15 mL flasks) and initial xylose concentration (130 g/L) for comparison with the results obtained at the standard conditions. For SIF cultures, samples were withdrawal and the concentrations of reducing sugars were determined by DNS method while xylose, xylulose, ethanol and by-products (xylitol, glycerol etc) concentrations were assessed by liquid chromatography. Cell viability was also measured at the beginning and end of the experiment. When comparing the different yeasts, Itaiquara® strain presented the best performance, reaching ethanol concentrations of 22.4 g/L, with a productivity of 2.1 g/Lh. The conversion of xylose was similar for all studied industrial strains as well as among the baker s yeast and lab strains. Concerning the group of additional experiments, at 40 oC, a decrease of viability and ethanol selectivity was observed for Itaiquara®, whereas productivity and selectivity for CEN.PK113-7D. was improved. For the studies conducted under semianaerobic conditions, the yeast BG-1 showed an increase in selectivity and yield. However, the reaction time increased to app. 45 hours. On the other hand, the performance of strain Itaiquara® was not altered by the lower level of oxygen tested. In the experiment with 120 g/L of xylose, more than 40 g/L of ethanol was obtained in 24 hours of cultivation. Thus, we conclude that the SIF process proposed in the present work is a viable alternative for the production of ethanol from xylose or lignocellulosic residues. For the operation of the continuous system composed by fixed bed reactors associated in series, the recommended conditions include the Itaiquara® yeast with a temperature no higher than 35 oC, keeping the total residence time around 10 hours for a feeding supply containing 60 g/L of xylose. / A conversão da fração hemicelulósica da biomassa em etanol é um dos fatores que impactam a viabilidade econômica do processo de produção de etanol de segunda geração a partir do bagaço de cana-de-açúcar. A hemicelulose do bagaço é um heteropolímero constituído por pentoses e glicose, sendo a xilose o açúcar predominante (~ 21 %). Dentre as diversas alternativas tecnológicas para a produção de etanol a partir de xilose, o processo SIF (Simultânea Isomerização e Fermentação), consistindo na isomerização da xilose em xilulose pela enzima glicose-isomerase (GI) e na fermentação da xilulose pela levedura S. cerevisiae, é considerado uma alternativa promissora. Os principais objetivos do presente trabalho foram: i) avaliar o desempenho de diferentes cepas de S. cerevisiae em termos de assimilação de xilulose e produtividade em etanol; ii) estudar a influência das condições de cultivo (disponibilidade de oxigênio, temperatura e da concentração inicial de xilose) na produção de etanol e xilitol pelas cepas selecionadas; iii) definir as condições de operação para um processo SIF contínuo em sistema de reatores de leito fixo associados em série. Os experimentos preliminares foram conduzidos em frascos de 50 mL contendo 4 g de pelletes com carga de 20 % de glicose isomerase imobilizada, coimobilizada com levedura (carga de 10%) em gel de alginato. Para a seleção da levedura com melhor desempenho na produção de etanol a partir de xilose, foram avaliadas duas linhagens de levedura de panificação comercial (Itaiquara® e Fleischmann®), três cepas industriais (BG-1, CAT-1 e PE-2) e uma utilizada em laboratório (CEN.PK113-7D). Esses experimentos SIF foram conduzidos a 35ºC utilizando meio composto por xilose (60 g/L), ureia (5 g/L), CaCl2 (1,9 g/L) e sais diversos, em pH inicial 5,6. Experimentos SIF complementares foram realizados com as leveduras selecionadas Itaiquara®, BG-1 ou CEN.PK113-7D em diferentes condições de temperatura (40oC), aeração (frascos de 15 mL) e concentração inicial de xilose (130 g/L) para comparação com os resultados obtidos nas condições padrão. Em todos os experimentos SIF, amostras foram retiradas para determinação da concentração de açúcares redutores (método DNS) e de xilose, xilulose, etanol e subprodutos (xilitol, glicerol etc.) por cromatografia em fase líquida. Foi também acompanhada a viabilidade celular ao longo do cultivo. Na comparação entre as diferentes leveduras, destacou-se especialmente a levedura Itaiquara®, alcançando concentrações de etanol de 22,4 g/L, com produtividade em etanol de 2,1 g/Lh. A conversão de xilose foi semelhante entre as leveduras industriais e entre as leveduras de panificação e a de laboratório. Quanto ao conjunto de experimentos complementares, na temperatura de 40ºC houve diminuição de viabilidade e seletividade em etanol para a Itaiquara® e melhora na produtividade e seletividade para a CEN.PK113-7D. Nos experimentos realizados em condições semianaeróbias, a levedura BG-1 apresentou aumento de seletividade e rendimento em etanol, porém para um tempo de reação de 45 horas, aproximadamente. Já a levedura Itaiquara® não teve seu desempenho influenciado pela menor disponibilidade de oxigênio. No experimento realizado com 130 g/L de xilose, alcançou-se mais de 40 g/L de etanol em 24 horas de cultivo. Conclui-se, assim, que o processo SIF de xilose, proposto no presente trabalho, é uma alternativa viável para a produção de etanol a partir de xilose ou de resíduos lignocelulósicos. Para a operação em sistema contínuo composto por reatores de leito fixo associados em série recomenda-se a utilização de levedura Itaiquara® e de temperatura de, no máximo, 35ºC, mantendo-se o tempo de residência total em torno de 10 horas para uma alimentação contendo 60 g/L de xilose.

Orientador: Cláudio Cabello / Banca: Fernando Broetto / Banca: Magali Leonel / Banca: Ana Paula Cerino Coutinho / Banca: Mariana Schimidt Rechsteiner / Resumo: Os produtos das hidrólises de amido são glicose, maltose e uma série de oligossacarídeos e polissacarídeos que encontram utilização principalmente na indústria de alimentos. Neste grupo enquadram-se os adoçantes que aditam sabores a produtos que são demandados por consumidores específicos. Atualmente o açúcar mais utilizado no Brasil é a sacarose, produto extraído da cana-de-açúcar, e o mais utilizado mundialmente é a frutose obtida a partir da hidrólise do milho e posterior isomerização da glicose para frutose. A frutose apresenta capacidade edulcorante 30% maior que a sacarose, 2,5 vezes maior que a glicose e 2 vezes mais solúvel que a glicose, com isso, pode ser utilizada em menor quantidade, diminuindo o poder calórico do alimento e viabilizando sua utilização no tratamento da obesidade. Levando em consideração a importância dos adoçantes para o mercado de alimentos, o presente trabalho teve como objetivo realizar estudos sobre o processo de obtenção da frutose a partir de amido de mandioca. Para a execução dos ensaios utilizou-se fontes comerciais de α- amilase e amiloglucosidase, Liquozyme Supra 2.2X e Saczyme 750 AGUg-1, respectivamente, aplicadas em substrato de amido de mandioca em reator agitado com temperatura controlada. Após o processo de hidrólise enzimática, o hidrolisado passou por um processo de purificação utilizando terra diatomácea e carvão ativado em quatro temperaturas (30, 40, 50 e 60°C), com a finalidade de remoção de contaminantes originários da matéria prima, que levam a odor, cor e sabores indesejáveis. Após o tratamento com carvão ativo e terra diatomácea foram realizados ensaios para estabelecer os melhores parâmetros para a realização do processo de isomerização, buscando a conversão de parte da glicose à frutose, utilizando a enzima... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The products of starch hydrolyses are glucose, maltose and a series of oligosaccharides and polysaccharides which have their main utilization in food industry. This group comprises sweeteners that add flavor to products demanded by specific consumers. Currently the most used sugar in Brazil is sucrose, a product extracted from sugarcane, while the most used sugar worldwide is fructose obtained from maize hydrolysis and subsequent glucose isomerization to fructose. The sweetening capacity of fructose is 30% higher than that of sucrose and 2.5-fold higher than that of glucose; in addition, fructose is 2-fold more soluble than glucose and thus can be used in smaller quantities, decreasing the food's caloric potential and making its use viable in obesity treatment. Considering the importance of sweeteners for the food market, the present study aimed to investigate the process of fructose production from cassava starch. The assays were performed by using commercial sources of α-amylase and amyloglucosidase, Liquozyme Supra 2.2X and Saczyme 750 AGUg-1, respectively, applied to cassava starch substrate in an agitated reactor at controlled temperature. Following the process of enzymatic hydrolysis, the hydrolysate underwent a purification process using diatomaceous earth and activated charcoal at four temperatures (30, 40, 50 and 60°C), in order to remove contaminants originated from the raw material, which lead to undesirable smell, color and flavor. After the treatment with activated charcoal and diatomaceous earth, assays were carried out to establish the best parameters for the isomerization process, aiming at the conversion of part of glucose into fructose, using the enzyme isomerase. The process selected for the studies was in a continuous system where the glucose syrup, previously purified, was continuously pumped... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Submitted by Kátia Oliveira (katiadionisio@yahoo.com.br) on 2017-10-11T14:01:46Z No. of bitstreams: 1 Tese (Oliveira, KD).pdf: 7712617 bytes, checksum: c39a9ee83f33d05d99d354f6a524019f (MD5) / Rejected by Ronildo Prado (producaointelectual.bco@ufscar.br), reason: Faltou inserir a carta de aprovação on 2017-10-11T18:32:06Z (GMT) / Submitted by Kátia Oliveira (katiadionisio@yahoo.com.br) on 2017-10-11T18:41:31Z No. of bitstreams: 2 Tese (Oliveira, KD).pdf: 7712617 bytes, checksum: c39a9ee83f33d05d99d354f6a524019f (MD5) Carta comprovante.pdf: 149973 bytes, checksum: 67927f9413f2368fa8bac2ceb19f248d (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (bco.producao.intelectual@gmail.com) on 2018-01-18T18:52:09Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Tese (Oliveira, KD).pdf: 7712617 bytes, checksum: c39a9ee83f33d05d99d354f6a524019f (MD5) Carta comprovante.pdf: 149973 bytes, checksum: 67927f9413f2368fa8bac2ceb19f248d (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (bco.producao.intelectual@gmail.com) on 2018-01-18T18:52:44Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Tese (Oliveira, KD).pdf: 7712617 bytes, checksum: c39a9ee83f33d05d99d354f6a524019f (MD5) Carta comprovante.pdf: 149973 bytes, checksum: 67927f9413f2368fa8bac2ceb19f248d (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-18T19:04:18Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Tese (Oliveira, KD).pdf: 7712617 bytes, checksum: c39a9ee83f33d05d99d354f6a524019f (MD5) Carta comprovante.pdf: 149973 bytes, checksum: 67927f9413f2368fa8bac2ceb19f248d (MD5) Previous issue date: 2012-09-14 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / This work aimed to apply the Design Of Experiment (DOE) methodology as an auxiliary tool to evaluate the conditions of synthesis of the aluminum-rich zeolite Beta. Bimetallic catalysts with 50% platinum and 50% nickel (50Pt50Ni) supported on zeolites with various Si/Al ratios were synthesized, characterized and evaluated in the isomerization of n-hexane. In the first part of this work, five variables related to the synthesis of zeolite Beta were evaluated by a series of statistical designs, in which the response variables were the relative intensities of the X-ray patterns and the yield of phase BEA. The results of the t-test showed that the ratio TEAOH/SiO2 is not significant for the formation and crystallization of zeolite Beta. However, the interaction of this variable with the Si/Al ratio was statistically significant. In order to obtain the aluminum-rich zeolite Beta, the samples were synthesized with partial substitution of cations TEA+ by cations Na+. The XRD patterns of these samples showed that BEA phase was formed using a Si/Al ratio of 5,0 and 7.5. These low values of Si/Al ratio were confirmed by inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy (ICP-AES) and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS). Information about the main properties of the 50Pt50Ni catalysts such as activity, conversion and selectivity to di-branched isomers in the isomerization of n-hexane were obtained by performing catalytic tests. Concerning these properties, the catalysts supported on the synthesized zeolite Beta (Si/Al = 7.5) showed better catalytic performance compared with catalysts supported on commercial zeolite Beta (Si/Al = 9.0). Additionally to these tests, a study on the kinetics of reduction of ions Pt2+ and Ni2+ on these catalysts was conducted using X-ray absorption spectroscopy (XAS). The combination of XAS analysis and catalytic tests showed the importance of maintaining a bimetallic platinum and nickel system in order to obtain satisfactory performance of catalysts applied to the isomerization of n-hexane. The XAS results suggested that Pt2+ ions are reduced in lower temperatures compared to Ni2+ ions, and that the addition of platinum to the nickel-based samples promoted the reduction of Ni2+ ions. The catalytic results suggested that equilibrium between acid and metal sites exists during the isomerization of n-hexane. The understanding of this equilibrium is of major importance to increase the yield and selectivity to di-branched isomers. / Este trabalho teve como objetivo a utilização da metodologia de planejamento experimental como uma ferramenta auxiliar para avaliar as condições de síntese da zeólita Beta rica em alumínio. Catalisadores bimetálicos com 50% de platina e 50% de níquel (50Pt50Ni) com teor de metal total de 130 μmol gcat-1 e suportados em zeólitas com diferentes razões Si/Al foram sintetizados, caracterizados e avaliados na reação de isomerização do n-hexano. Na primeira parte do trabalho, cinco variáveis da síntese da zeólita Beta foram avaliadas por uma série de planejamentos estatísticos, nos quais as variáveis respostas analisadas foram a intensidade de difração relativa dos difratogramas de raios X e o rendimento à fase BEA obtida. Os resultados obtidos a partir do teste t demonstraram que a razão TEAOH/SiO2 não foi significativa para o processo de cristalização e formação da zeólita Beta. No entanto, a interação desta variável com a razão Si/Al apresentou significância estatística. Para a obtenção da zeólita Beta rica em alumínio, amostras foram sintetizadas com a substituição parcial dos cátions TEA+ por cátions Na+. Nos difratogramas de raios X destas amostras foi possível identificar a fase BEA para valores de Si/Al de 5,0 e 7,5. Estes baixos valores de Si/Al nas amostras sintetizadas foram confirmados pelas técnicas de espectroscopia por emissão de plasma indutivo (ICP) e análise dispersiva de raios X (EDS). Informações a respeito das principais propriedades dos catalisadores bimetálicos 50Pt50Ni tais como atividade, conversão e seletividade a isômeros birramificados na isomerização do n-hexano, foram obtidas através da realização de testes catalíticos. Com relação a estas propriedades, os catalisadores suportados na zeólita Beta sintetizada (Si/Al = 7,5) apresentaram melhores desempenhos catalíticos quando comparados aos catalisadores suportados na zeólita Beta comercial (Si/Al = 9,0). Paralelamente, um estudo sobre a cinética de redução dos cátions metálicos Pt2+ e Ni2+ destes catalisadores foi realizado através da técnica de espectroscopia de absorção de raios X (XAS). As análises de XAS aliadas aos resultados dos testes catalíticos sugeriram a importância de se manter um sistema bimetálico de platina e níquel de maneira a se obter um desempenho satisfatório dos catalisadores aplicados à isomerização do n-hexano. Os resultados de XAS sugeriram que temperaturas menores são necessárias para reduzir os cátions metálicos Pt2+ quando comparados aos cátions Ni2+, e que a adição de cátions Pt2+ contribui consideravelmente para a redução dos cátions Ni2+, diminuindo a temperatura de redução deste último. Os resultados apresentados neste trabalho sugeriram a existência de um equilíbrio entre a proporção de sítios ácidos e metálicos durante a isomerização do n-hexano e que o entendimento deste equilíbrio é de fundamental importância para se tentar aumentar o rendimento e a seletividade a isômeros birramificados. / CNPq: 141042/2008-7

Processos de fragmentação são muito utilizados para identificar estruturas em espectrometria de massas. O estudo da dissociação de íons em fase gasosa induzida por radiação infravermelha adiciona dados energéticos aos processos de fragmentação desses íons. O mecanismo de dissociação induzida por radiação infravermelha envolve a absorção seqüencial de fótons, aumentando progressivamente a energia interna do íon até que o limite de dissociação seja atingido. No presente trabalho, a radiação de corpo negro emitida por um fio de tungstênio aquecido é utilizada para promover a dissociação de íons em fase gasosa. A reação é observada em um espectrômetro de massas por transformada de Fourier. Os íons moleculares de o-metilacetofenona, m-metilacetofenona, p-metilacetofenona e o-cloroacetofenona foram estudados com a técnica. A dependência das constantes de velocidade de dissociação com a temperatura de radiação foi explorada, fornecendo valores de energia de ativação de Arrhenius. Os íons estudados apresentaram resultados semelhantes com aqueles obtidos com o íon molecular de acetofenona, com exceção do íon gerado por o-metilacetofenona. Esse íon apresenta valores de constantes de velocidades bem menores e uma energia de ativação bem acima do observado com os outros íons. Tal comportamento levantou a hipótese de isomerização do íon molecular para uma estrutura enólica mais estável. O íon foi então investigado por cálculos teóricos e por reações específicas íon-molécula. Os resultados indicam que a isomerização é possível, o que também explica a lentidão da reação de dissociação observada. / Fragmentation processes are explored in mass spectrometry to identify structures of ions and neutral molecules. The study of ion dissociation reaction in the gas phase induced by infrared absorption also provides energetic data related to the fragmentation processes. The mechanism of the dissociation by infrared radiation involves sequential photon absorption that progressively raises the internal energy of the ion population until the dissociation threshold. In the present work, the blackbody radiation emitted by a heated tungsten wire is used to promote ion dissociation in gas phase. The reaction is observed in a Fourier transform mass spectrometer. The molecular ions of o-methylacetophenone, m-methylacetophenone, p-methylacetophenone and o-chloroacetophenone were studied with this technique. The dependency of the dissociation rates with the radiation temperature was explored, providing Arrhenius activation energies values. The ions cited above and the molecular ion of acetophenone displayed similar behavior, with the exception of the ion produced by o-methylacetophenone. This ion has dissociation rates much smaller than the others and higher activation energy. This behavior raised the idea of isomerization of the molecular ion to the more stable enolic form. The ion was then investigated with theoretical calculation and with specific reaction with neutral molecules. The results show that the isomerization is possible and this explains the observed slowness of the dissociation reaction.