Catalisadores de zircônia sulfatada e compósitos carvão ativado/zircônia sulfatada para produção de biodiesel e etanol

No presente trabalho estudou-se a produção de zircônia sulfatada (SZr) e compósitos carvão ativado/zircônia sulfatada para serem utilizados como catalisadores em processos de produção de biocombustíveis. O carvão ativado empregado como suporte catalítico (CABC) foi produzido utilizando-se a borra de café, um resíduo da indústria de café solúvel, a partir de ativação química com carbonato de potássio. Para a preparação de SZr, utilizou-se uma rota sintética alternativa, livre de solventes e precipitação. Os compósitos foram produzidos por dois processos: no primeiro, o CABC foi impregnado com soluções de SZr e dois materiais foram produzidos, com e sem a etapa de calcinação (CABC/SZr-I e CABC/SZr-I SC) e no segundo, a SZr foi sintetizada sobre o CABC (CABC/SZr-S). Para isso, os sais precursores da SZr (ZrOCl2.8H2O e ((NH4)2SO4 ) foram homogeneizados juntamente com o CABC e calcinados sob fluxo de N2. Os catalisadores produzidos foram caracterizados por adsorção/dessorção de N2 (área BET), difratometria de raios X, análise termogravimétrica (TG-DTG), espectroscopia na região do infravermelho (FTIR) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). A acidez foi medida por titulação. Observou-se pequena diminuição na área superficial dos compósitos em relação ao CABC, independente do processo de produção e do grau de impregnação. A zircônia (ZrO2) apresentou uma área superficial muito baixa (16 m2g-1), entretanto, observou-se que a introdução dos grupos sulfatos é capaz de expandir o material, aumentando sua área para 65 m2g-1.Todos os materiais apresentaram estruturas cristalinas com fase predominantemente tetragonal. A fase tetragonal é bastante desejável e está relacionada com maior acidez para a zircônia sulfatada e, consequentemente, para os compósitos. Por meio das análises termogravimétricas, pode-se observar que a SZr e o compósito CABC/SZr-ISC continham altos teores de grupos sulfatos. Por outro lado, para os materiais preparados com a etapa de calcinação (CABC/SZr-I e CABC/SZr-S), baixos teores foram encontrados, sugerindo que os grupos sulfatos poderiam ser perdidos durante esse processo. A quantidade de grupos sulfatos e o teor de acidez dos materiais se apresentaram diretamente correlacionados. Dois tipos de grupos sulfatos estavam presentes na SZr (SO3 e SO42-), os quais apresentaram bandas em torno de 1.400 cm-1 e 1.200 cm-1. No estudo da atividade catalítica da SZr e dos compósitos para a produção de biodiesel, a reação de esterificação de ácido láurico foi utilizada como modelo. A SZr e o CABC/SZr-I SC foram altamente ativos com conversões superiores a 90%. Contudo, a atividade do compósito se mostrou bastante dependente do tempo e da temperatura reacional. Os compósitos CABC/SZr-S e CABC/SZr-I foram inativos nas reações de esterificação devido à baixa acidez desses materiais, consequência do baixo teor de sulfato. Um estudo sobre a produção de etanol de segunda geração também foi realizado. Para isso, atividade da SZr foi testada em reações de hidrólise dos resíduos agroindustriais: bagaço de cana-de-açúcar, torta de mamona e palha de feijão. A SZr apresentou excelente atividade catalítica nas reações de hidrólise, independente do resíduo utilizado. Os hidrolisados apresentaram altos teores de açúcares ( 24,7; 27,1 e 27,3 gL-1) e baixos teores de furfural (0,16; 0,2 e 0,4 gL-1) para bagaço, torta de mamona e palha de feijão, respectivamente, indicando que, além de ser altamente eficiente, a SZr pode ser mais seletiva, quando comparada aos ácido minerais diluídos.Tese apresentada à Universidade Federal de Lavras, como parte das exigências do Programa de Pós-Graduação em Agroquímica, área de concentração em Agrobioquímica E Agrobioquímica, para a obtenção do título de Doutor