Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Química, Programa de Pós-Graduação em Química, 2016. / Submitted by Camila Duarte (camiladias@bce.unb.br) on 2016-09-16T14:26:52Z
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2016_AndréGomezPullenParente.pdf: 3544645 bytes, checksum: 75851c99d2dc2c441f84f040537c7434 (MD5) / O desenvolvimento de novos catalisadores com maior atividade e seletividade tem sido o foco principal da indústria química, bem como do meio acadêmico, para atender as demandas ambientais e fatores econômicos. Neste trabalho, catalisadores ácidos de Lewis/surfactantes combinados (ALSCs) contendo cadeias doze carbonos e cátions metálicos de Zr(IV), Ce(III) e Al(III) foram utilizados na síntese do acetato de benzila a partir da esterificação do ácido acético com álcool benzílico. O uso de catalisadores heterogêneos em substituição aos ácidos convencionais é uma alternativa sustentável, pois não geram resíduos, podem ser reutilizados e obter melhores rendimentos e seletividade. A análise elementar dos materiais preparados forneceram as seguintes fórmulas para os catalisadores, [Zr4,0(OH)12,0(DS)4,0]∙6,7H2O, [Ce(DS)3,0]∙1,9H2O e [Al(DS)3,0]∙6,5H2O. As análises de IVTF e RMN confirmaram a composição encontrada através das bandas relativas aos modos de vibração do surfactante e dos sinais referentes aos átomos de hidrogênio presentes nas amostras, respectivamente. Em adição, os valores obtidos experimentalmente e os calculados a partir das fórmulas dos materiais para os processos de decomposição térmica comprovaram os dados de análise elementar. As análises de DRX mostraram que os catalisadores possuem uma estrutura lamelar bidimensional do tipo cabeça-cabeça/cauda-cauda. Para encontrar as melhores condições reacionais estudou-se a razão molar dos reagentes nas proporções 1:1, 1:2 e 2:1 (ácido:álcool), a temperatura em 40, 60 e 80 °C, a quantidade de catalisador em 5, 10 e 20% m/m e o tempo. Os melhores resultados foram obtidos com razão molar 2:1, temperatura de 60 °C e 5% de catalisador após 2 h de reação. Os catalisadores de cério(III) e alumínio(III) apresentaram os melhores resultados, obtendo 91,8 e 94,8%, respectivamente. Embora as diferentes condições reacionais limitem uma comparação efetiva com a literatura, os catalisadores desenvolvidos neste trabalho apresentaram valores superiores utilizando condições de reação mais brandas. O estudo cinético desses materiais na reação de esterificação revelou as constantes de velocidade (k) através do coeficiente angular obtido da linearização das curvas de conversão versus tempo. Os valores encontrados para os catalisadores de cério(III) e alumínio(III) foram 0,0124 e 0,0215 min-1, respectivamente. A caracterização e aplicação desses materiais fornecem uma nova rota sintética para a produção de ésteres e contribuem para aumentar o conhecimento de catalisadores ácidos de Lewis/surfactantes combinados. _________________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The development of new catalysts with bigger activity and selectivity has been the main focus of the chemical industry, as well as the academy, to evaluate environmental and economic concerns. In this work, Lewis acid-surfactant combined catalysts (LASCs) with twelve carbons and different metallic cations (Zr4+, Ce3+ and Al3+) were used in the synthesis of benzyl acetate from the esterification of acetic acid and benzyl alcohol. The use of heterogeneous catalysts for the substitution of conventional acids is a sustainable alternative because does not generate waste, can be reused and obtain better yields and selectivity. Elemental analysis of the synthesized materials showed the following formulas for the catalysts, [Zr4.0(OH)12.0(DS)4.0]∙6.7H2O, [Ce(DS)3.0]∙1.9H2O and [Al(DS)3.0]∙6.5H2O. IVTF and NMR analyses confirmed the composition found through the relative bands of vibration modes from the surfactant and the signals associated with hydrogen atoms present in the samples, respectively. In addition, the values obtained experimentally and calculated from the material formulas for the thermal decomposition processes corroborated elemental analysis data. XRD analysis showed that the catalysts have a bidimensional lamellar structure type head to head/tail to tail. In order to find the best reaction conditions, the reactant molar ratio (1:1, 1:2 and 2:1, acid:alcohol), temperature (40, 60 and 80 °C), amount of catalyst (5, 10 and 20 wt.% in relation to acetic acid) and time were studied. The best results were obtained with 2:1 molar ratio, temperature of 60 °C and 5 wt.% catalyst after 2 h of reaction. Cerium(III) and aluminum(III) catalysts showed the best results, obtaining 91.8 and 94.8%, respectively. Although the different reaction conditions limited an effective comparison with modern literature, the catalysts developed in this work showed superior results using moderate reaction conditions. The kinetic study of these materials in the esterification reaction exhibited rate constants (k) of slope coefficients from the linearization of conversion versus time curves. The values found for cerium(III) and aluminum(III) catalysts were 0.0124 and 0.0215 min-1, respectively. The characterization and application of these materials showed a new synthetic route for the production of esters and contributed to enhanced the knowledge of LASC catalysts.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.unb.br:10482/21884 |
| Date | 27 July 2016 |
| Creators | Parente, André Gomes Pullen |
| Contributors | Macedo, Julio Lemos de |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UnB, instname:Universidade de Brasília, instacron:UNB |
| Rights | A concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data., info:eu-repo/semantics/openAccess |
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