Gas-phase conversion of glycerol to acetol over copper-based catalysts: Structural, morphological and textural effect on catalytic performance

O glicerol à o principal subproduto obtido no processo de produÃÃo do biodiesel a partir da transesterificaÃÃo de Ãleos vegetais. A sua crescente produÃÃo tem provocado queda do preÃo do glicerol, visto que seu mercado nÃo cresce no mesmo ritmo, porÃm, isso tem despertado muito interesse no desenvolvimento de pesquisas relacionadas a transformaÃÃo do glicerol atravÃs de processos catalÃticos. Diante disso, os mÃtodos dos precursores polimÃricos e de impregnaÃÃo Ãmida foram utilizados na preparaÃÃo de amostras compostas dos Ãxidos de cobre e alumÃnio, visando aplicÃ-los como catalisadores na conversÃo do glicerol em acetol. A tese foi divida em quatro partes, sendo a primeira dedicada ao estudo da influÃncia do teor de cobre e o efeito do componente usado como suporte no desempenho catalÃtico. Na segunda, foi observado o efeito do mÃtodo de preparaÃÃo nas propriedades estruturais, texturais e morfolÃgicas e como consequÃncia no desempenho catalÃtico. Na terceira e quarta partes do trabalho foi visto como as propriedades Ãcido-base afetam a performance dos catalisadores durante a transformaÃÃo do glicerol. As amostras foram caracterizadas por diferentes tÃcnicas: ICP-OES, TGA, DTA, DRX, MEV, MET, microcalorimetria de adsorÃÃo de amÃnia e CO2 e isotermas de adsorÃÃo de N2. Nota-se que a conversÃo do glicerol e a seletividade para acetol aumentam com o acrÃscimo da quantidade de cobre e com a elevaÃÃo da Ãrea superficial. Os resultados confirmam que o modo que as amostras sÃo preparadas propicia mudanÃas nas suas propriedades estruturais, texturais e morfolÃgicas, que consequentemente afetam o desempenho catalÃtico. Observa-se tambÃm que os sÃtios Ãcidos ou bÃsicos isolados possuem um papel secundÃrio na reaÃÃo, entretanto, os catalisadores com cobre mostram que esse metal à o principal sÃtio ativo no processo de transformaÃÃo do glicerol. PorÃm, os sÃtios de cobre combinados com um sÃtio Ãcido ou bÃsico podem ter um papel primordial na atividade, seletividade e estabilidade das amostras. AlÃm disso, foi visto a partir do DRX dos catalisadores utilizados na reaÃÃo que a formaÃÃo de uma estrutura de cobre modificada na alumina conduz a um decrÃscimo na sinterizaÃÃo e correspondentemente melhores propriedades catalÃticas.Glycerol is a waste by-product obtained throughout the production of biodiesel by transesterification of vegetable oils. The glycerine prices are falling due to its lack of market. This change in market has attracted much interest in development of research related to the transformation of glycerol by catalytic processes. Thus, polymeric precursor method and wet impregnation route were applied to synthesize copper and aluminum-based catalyst in order to convert glycerol into acetol. The thesis is divided into 4 parts.The first part was studied the influence of copper content and the effect of component used as support in the catalytic performance. In the second part, it was observed the effect of the preparation method in structural, textural and morphological properties and consequently in the catalytic activity. In the third and fourth part, it was investigated how the acid-base properties affect in the catalytic performance during the transformation of glycerol. The samples were characterized by different techniques ICP-OES, TGA, DTA, XRD, SEM, TEM, N2 adsorption/desorption isotherms and microcalorimetry of NH3 and CO2 adsorption. It was note that the glycerol conversion and the acetol selectivity increased with the Cu loading and with the improvement of the specific surface area. The results confirmed that the way of catalyst preparation influences its structure, texture, morphology and subsequently the catalytic performance. It was also observed that acidic or basic sites alone play a secondary role in the reaction; however, copper-based catalysts showed that copper metal provides an active site for the transformation of glycerol. Nevertheless, copper metal sites combined with an acid or base site can play a major role in the activity, selectivity and stability of samples. Furthermore, it is observed by XRD of the spent catalysts that the presence of the copper-modified alumina decreases catalyst sintering and consequently improve the catalytic proprieties