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DISSERTAÇÃO - OLIVALTER SANTOS PERGENTINO DE ANDRADE.pdf: 3365948 bytes, checksum: 1f7bf07d7b6312c3fcdf22931aa531c9 (MD5) / Atualmente o apelo ambiental para redução da emissão de poluentes atmosféricos e
a substituição de derivados do petróleo por compostos oriundos de fontes
renováveis já é uma realidade em implantação. O Brasil foi pioneiro nesta área com
a produção de etanol a partir da cana-de-açúcar na década de 1970 e, atualmente,
as pesquisas em energia renovável estão principalmente voltadas para o
desenvolvimento de biocombustíveis e seu aproveitamento como matéria-prima na
obtenção de outros insumos químicos de interesse para a indústria química. O
bioetanol pode ser cataliticamente convertido em produtos de alto valor agregado
como etileno, acetaldeído, aditivos, hidrogênio, entre outros. Dentre estes produtos,
destaca-se o etileno, porque é uma matéria-prima importante na indústria de
polímeros. Nos últimos anos, vários catalisadores já foram estudados para aplicação
na síntese de etileno pela reação de desidratação catalítica de etanol. Devido a sua
capacidade de ajuste de suas propriedades ácidas e texturais, materiais lamelares
são uma alternativa promissora para produção de catalisadores para síntese de
etileno a partir do bioetanol. Neste trabalho, um titanoniobato do tipo perovskita
lamelar foi intercalado, pilarizado, caracterizado e avaliado na reação de
desidratação de bioetanol variando o tempo de contato (razão massa de catalisador
por fluxo) e na faixa de temperatura de 250 a 500oC. O titanoniobato de potássio de
composição nominal KTiNbO5 foi preparado por reação no estado sólido a 1150oC
por 24h, depois passou pelo processo de troca iônica dos cátions K+ por com H+, em
seguida, foi intercalado sucessivamente com íons n-butilamônio (n-BuNH3+) e
cetiltrimetilamônio
(CTA+),
e
finalmente
pilarizado
com
sílica
utilizando
tetraetilortosilicato (TEOS). Para investigar o efeito do processo de intercalação na
pilarização do material, o titanoniobato intercalado com n-butilamônio também foi
pilarizado pelo mesmo método. A caracterização dos materiais confirmaram o
aumento progressivo do espaçamento basal da estrutura lamelar (de 9 para 31Å) e o
sucesso da pilarização do material intercalado com CTA+. As análises texturais e o
TPD-NH3 mostraram um aumento significativo na área superficial do material
pilarizado, o qual é acompanhado por um aumento na acessibilidade e no número
de sítios ácidos. A caracterização do material pilarizado a partir titanoniobato
intercalado com n-butilamônio mostrou que não houve pilarização do material. Todos
os catalisadores se mostraram ativos na conversão de etanol. O catalisador
pilarizado com sucesso se mostrou mais ativo e seletivo a etileno que o titanoniobato
de potássio, o titanoniobato na forma ácida e o pilarizado a partir da amostra trocada
com íons n-BuNH3+, demonstrando que o melhoramento nas propriedades texturais,
promovida pela pilarização, foi fundamental para obtenção de um catalisador mais
ativo e seletivo. O catalisador que não obteve uma pilarização efetiva também
mostrou atividade e alta seletividade a etileno. Estudos do efeito do tempo espacial
na reação mostraram que maiores tempos de contato aumentam a conversão de
etanol, mas ocorre diminuição da seletividade do catalisador. A analise térmica dos
catalisadores pós-teste comprovou que a principal causa da desativação do
catalisador é a obstrução dos sítios ácidos pela deposição de coque. / The environmental demands for reduction of the emission of atmospheric pollutants
and for the substitution of fossil fuel by renewable energy sources are already a
reality. Brazil was the first country to develop a technology based on sugar cane
ethanol in the 1970s. Nowadays, the research on development of renewable energy
sources are focused on bio-fuels, such as biodiesel and bio-ethanol, and their use for
produce other important chemicals for industry. Bio-ethanol can be catalytically
converted in high value products, like ethylene, acetaldehyde, diethylether, additives,
hydrogen, etc. Ethylene is an important raw material for the polymers industry and
can be produced by dehydration of ethanol over acid catalysts. Layered materials are
very promising for preparation of active and selective catalysts, because their textural
and acid properties can be tailored. In this work, a layered perovskite-type
titanoniobate was synthesized, intercalated and pillared and then evaluated as a
catalyst for ethanol dehydration to produce ethylene. A potassium titanoniobate of
nominal composition KTiNbO5 was prepared by solid state reaction at 1150C for
24h, submitted to ion exchange of K+ by H+ cations, successively intercalated with n-
buthylammonium (n-BuNH3+) and cetyltrimethylammonium (CTA+) ions, and then
pillared with SiO2 using tetraethylorthosilicate (TEOS) as precursor. In order to
investigate the importance of the intercalation process, the n-buthylammonium
intercalated sample was pillared using the same method. Characterization of the
samples confirmed that there was a progressive increase of basal space from 9 to
31Å and the success of the pillaring method when the CTA+ intercalated sample was
used, but not for n-BuNH3+ intercalated sample. Textural analyses and TPD-NH3
showed a significant increase of surface area in the pillared sample, which is
followed by increase of acid sites density and accessibility. All catalyst samples were
active in the ethanol conversion. The pillared catalyst showed higher activity and
selectivity for ethylene than KTiNbO5, HTiNbO5 and n-BuNH3+ intercalated-pillared
samples. This result reflected the improvement of textural and acid properties due to
the pillaring process. Studies on the effect of contact time showed that high values of
W/F
ratio
resulted
in
high
conversions
but
poor
ethylene
selectivity.
Thermogravimetry of spent catalysts suggested that site blockage by coke formation
is the main deactivation mechanism
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:192.168.11:11:ri/20274 |
| Date | January 2010 |
| Creators | Andrade, Olivalter Santos Pergentino de |
| Contributors | Andrade, Heloysa Martins Carvalho, Mascarenhas, Artur José Santos |
| Publisher | Instituto de Química, Programa de Pós Graduação em Química, IQ, brasil |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFBA, instname:Universidade Federal da Bahia, instacron:UFBA |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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