Catalisadores de cobre suportados em zeólitas ZSM-5 : síntese, caracterização e aplicação nas reações de conversão do glicerol

Autor: Billy Joy Vargas

O glicerol é o principal subproduto da reação de transesterificação para produção de biodiesel. Nesse sentido, vários processos catalíticos têm sido estudados, visando a transformação deste subproduto a produtos químicos de maior valor agregado. A reação de desidratação catalítica do glicerol pode gerar produtos de alto valor industrial, como a acroleína e o álcool alílico. Portanto, há um grande interesse em aprofundar os aspectos relacionados à seletividade da reação de desidratação, com o uso de promotores catalíticos impregnados na zeólita ZSM-5. Desta forma, o presente trabalho foi realizado com o objetivo de sintetizar zeólitas do tipo ZSM- 5, de razões Si/Al = 25 e 100, com a presença de 25% em massa de cobre impregnado ao material; e analisar as possíveis modificações na distribuição dos produtos da reação de desidratação do glicerol, causadas pela introdução do metal. A formação das zeólitas foi confirmada pelas técnicas de DRX e FTIR. Por meio do Refinamento de Rietveld, foi observada a disposição do cobre em regiões próximas às paredes dos canais da zeólita, sem causar grandes modificações na estrutura do suporte. Os catalisadores sintetizados apresentaram estrutura essencialmente microporosa, como observado por meio da fisissorção de N2. De acordo com os resultados de TG, a amostra de HZSM-5 (25) apresentou a maior hidrofilicidade, o que pode ser relacionado à maior presença de alumínio no material. As análises termogravimétricas dos catalisadores pós-reação não indicaram formação significativa de coque. A baixa temperatura de redução, observada para os catalisadores de CuZSM-5 por meio de TPR, foi um indicativo de pouca interação do metal com o suporte, resultando na formação de aglomerados do metal durante os testes catalíticos, o que foi verificado pelas análises de DRX pós-reação. Os resultados de TPD/NH3 indicaram a predominância de sítios ácidos de força forte para os catalisadores de HZSM-5 e forças fraca e intermediária para os de CuZSM-5. Por meio dos testes catalíticos, realizados a 250 °C e pressão ambiente, foi observada uma melhoria na estabilidade catalítica da reação, em comparação com trabalhos anteriores realizados pelo grupo de pesquisa, devido à menor temperatura utilizada. A distribuição dos produtos da reação foi modificada significativamente pela impregnação de cobre na ZSM-5, com o aumento da seletividade a álcool alílico. Ao final de 6 horas de reação, a amostra de CuZSM-5 (25) foi a que apresentou os melhores resultados, com uma conversão de glicerol em 93,5% e seletividade à álcool alílico de 55%.

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