Estudo de catalisadores heterogêneos baseados na impregnação de heteropoliácidos de Keggin em zeólita Y

Trabalho de conclusão de curso (graduação)—Universidade de Brasília, Instituto de Química, 2020.O desenvolvimento de materiais catalíticos suportados em matrizes sólidas tem sido cada vez mais impulsionado, para que processos químicos clássicos sejam aperfeiçoados. Dentro desta perspectiva, o uso de heteropoliácidos (HPA) e zeólitas tem ganhado destaque, sendo sua associação uma interessante linha de pesquisa em catálise heterogênea. No presente estudo, a zeólita Y (do tipo faujasita) foi modificada pela inserção dos ácidos 12-tungstofosfórico (HPW) e 12-tungstosilícico (HSiW), a fim de se preparar via metodologia incipiente uma sequência de catalisadores passíveis de aplicação na reação de esterificação do ácido oleico com álcool n-butílico. Os materiais gerados foram caracterizados por diferentes técnicas espectroscópicas, morfológicas, térmicas e de sondagem de acidez: FRX/EDX, DRX, FT-IR, MAS-RMN de 27Al, 29Si e 31P, MEV, fissisorção de N2 a baixa temperatura, TG/DTG/TPD, adsorção gasosa de piridina e titulação calorimétrica. O conjunto de resultados indicaram que a metodologia de inserção dos HPA e o estado da estrutura zeolítica e do ânion de Keggin após o processo podem interferir profundamente nas propriedades dos materiais finais. Foi constatada a formação de sólidos ácidos promissores contendo vantagens de ambos os precursores, com adequada natureza, dispersão, estabilidade, disponibilidade e força de sítios ativos, que foram capazes de atuar de maneira mais efetiva nas reações de esterificação. Conversões superiores a 70% e seletividade de 100% para oleato de butila foram obtidas, quando utilizada as condições de reação: razão ácido:álcool 1:2; 1 h; 100 °C; 0,2 g dos catalisadores contendo 12% m/m de heteropoliácido na zeólita. Não foi detectada lixiviação das fases ativas e foi possível a reutilização dos materiais em novos ciclos reacionais.The development of catalytic materials supported on solid matrices has been increasingly driven to improve classical chemical processes. Within this perspective, the use of heteropolyacids (HPA) and zeolites has gained prominence, and their association is an interesting research field for heterogeneous catalysis. In the present study, the Y zeolite (faujasite type) was modified by the insertion of 12-tungstophosphoric acid (HPW) and 12-tungstosilicic acid (HSiW), in order to prepare a sequence of catalysts that can be applied in the esterification reaction of oleic acid with n-butyl alcohol. The generated materials were characterized by different spectroscopic, morphological, thermal and acidic probing techniques: XRF/EDX, XRD, FT-IR, MAS-RMN of 27Al, 29Si and 31P, SEM, low temperature N2 physisorption, TG/DTG/TPD, pyridine gas adsorption and calorimetric titration. The results indicated the methodology of HPA insertion, state of the zeolitic structure and Keggin anion after the process can profoundly interfere with the properties of the final materials. Promising solid acids containing advantages of both precursors were formed, with adequate nature, dispersion, stability, availability and strength of active sites, which were able to act more effectively in the esterification reactions. Conversions greater than 70% and selectivity of 100% for butyl oleate were obtained when the reaction conditions were used: acid: alcohol ratio 1: 2; 1 h; 100 °C; 0.2 g of catalysts containing 12% wt.% of heteropolyacid on the zeolite. It was not detected leaching of the active phases and it was possible to reuse the materials in new reaction cycles