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???metadata.dc.type???: Tese
Title: Catalisadores heterogêneos baseados em materiais de carbono sulfonado para aplicação na reação de esterificação
???metadata.dc.creator???: Araujo, Rayanne Oliveira de 
???metadata.dc.contributor.advisor1???: Souza, Luiz Kleber Carvalho de
First advisor-co: Falcão, Newton Paulo de Souza
???metadata.dc.contributor.referee1???: Barros, Ivoneide de Carvalho Lopes
???metadata.dc.contributor.referee2???: Costa, Maria José Fonseca
???metadata.dc.contributor.referee3???: Pergher, Sibele
???metadata.dc.contributor.referee4???: Costa, Carlos Emmerson Ferreira da
???metadata.dc.description.resumo???: Catalisadores baseados em carbono sulfonado são candidatos a substituir os catalisadores homogêneos, como H2SO4. Principalmente devido à fácil separação do meio reacional, superfície ácida, elevada seletividade e estabilidade térmica. Essas propriedades físico-químicas dependem da fonte de carbono, método de síntese, densidade de grupos ácidos e química de superfície. Nesse contexto, o presente trabalho tem como objetivo preparar novos catalisadores heterogêneos de carbono sulfonado por diferentes métodos de síntese e precursores de carbono para aplicação na reação de esterificação. O primeiro método descrito no Capítulo 2 está relacionado ao preparado de um catalisador heterogêneo magnético altamente eficiente para a produção de biocombustível. Dois resíduos abundantes da região amazônica foram usados como precursores de baixo custo, a lama vermelha e o caroço de açaí. O catalisador foi preparado pelo método de impregnação úmida, seguido de carbonização a 400 ⁰C por 3 h e subsequente sulfonação a 80 ⁰C por 3 h. Os materiais foram caracterizados por DRX, MEV-EDS, TG, FTIR, adsorção-dessorção de N2, VSM e titulação ácido-base. A amostra CALVS1-4 apresentou 88% de conversão em oleato de metila, sob condições reacionais de 5% de carregamento de catalisador, razão molar ácido oleico:metanol 1:12, temperatura de 100 °C e tempo de 1h. Ao final da reação o catalisador foi facilmente separado do meio reacional por um ímã e exibiu uma boa capacidade de reutilização até o terceiro ciclo de reação. O segundo método de síntese inserido no Capítulo 3 descreve o preparo de um catalisador heterogêneo pelo método de funcionalização in situ do resíduo do caroço de açaí. Essa rota de sulfonação tem a vantagem de carbonizar e sulfonar o material simultaneamente, evitando desperdício de tempo e energia. A amostra HTAS6-130, simultaneamente carbonizada e sulfonada a 130 °C por 6h, apresentou melhor desempenho na reação de esterificação de ácido oleico e metanol com uma conversão de 95% a 100 °C por 1 h, carregamento de catalisado de 3% e razão molar de metanol e ácido oleico 12:1. A reciclabilidade do HTAS6-130 foi satisfatória, reduzindo a conversão em apenas 18% após os cinco ciclos de reação. O método de funcionalização in situ reuniu as vantagens de síntese rápida, baixo consumo de energia e alta densidade de sítios ácidos ativos após o uso em cinco ciclos reacionais consecutivos. O Capítulo 4 traz como novidade a síntese do carbono mesoporoso sulfonado assistida pelo ultrassom como alternativa para produzir materiais de carbono estruturado. A síntese foi preparada pelo método de soft-template em um processador ultrassônico e posteriormente carbonizada e sulfonada para aplicação na reação modelo de esterificação. A funcionalização das amostras com ácido sulfúrico trouxe redução da porosidade, mas simultaneamente resultou na geração de grupos funcionais de natureza ácida. Resultando no catalisador CMS5-6h com densidade sulfônica de 1,6 mmol g-1, área superficial BET 402 m2 g-1 e diâmetro de poros 10,6 nm, permanecendo na faixa de mesoporos mesmo após tratamento com ácido. O catalisador CMS5-6h apresentou excelente atividade na reação de esterificação com 95% de conversão do ácido oleico. A reciclabilidade do MCS5-6h foi satisfatória durante cinco ciclos de reação, apresentando redução de apenas 20% após o último ciclo estudado. Os experimentos renderam resultados promissores para a obtenção de materiais de carbono sulfonado em curto período de tempo sob temperaturas amenas e com excelente desempenho em catálise. Além disso, o emprego de resíduos de biomassas amazônicas no preparo dos catalisadores pode ser a solução adequada para destinação desses tipos de resíduos.
Abstract: Sulfonated carbon-based catalysts are candidates to replace homogeneous catalysts such as H2SO4. Mainly due to the easy separation of the reaction medium, acidic surface, high selectivity and thermal stability. These physicochemical properties depend on the carbon source, method of synthesis, density of acid groups and surface chemistry. In this context, the present work aims to prepare new heterogeneous catalysts of sulfonated carbon by different synthesis methods and carbon precursors for application in the esterification reaction. The first method described in Chapter 2 is related to the preparation of a highly efficient heterogeneous magnetic catalyst for biofuel production. Two abundant residues from the Amazon region were used as low-cost precursors, red mud and acai seed. The catalyst was prepared by the wet impregnation method, followed by carbonization at 400 ⁰C for 3 h and subsequent sulfonation at 80 ⁰C for 3 h. The materials were characterized by XRD, SEM-EDS, TG, FTIR, N2 adsorption-desorption, VSM and acid-base titration. Sample CALVS1-4 showed 88% conversion to methyl oleate under reaction conditions of 5% catalyst loading, molar ratio oleic acid:methanol 1:12, temperature of 100 °C and time of 1 h. At the end of the reaction, the catalyst was easily separated from the reaction medium by a magnet and exhibited good reusability until the third reaction cycle. The second synthesis method inserted in Chapter 3 describes the preparation of a heterogeneous catalyst by the in situ functionalization method of acai seed residue. This sulfonation route has the advantage of carbonizing and sulfonating the material simultaneously, avoiding wasted time and energy. Sample HTAS6-130, simultaneously carbonized and sulfonated at 130 °C for 6 h, showed better performance in the esterification reaction of oleic acid and methanol with a conversion of 95% at 100 °C for 1 h, catalyst loading of 3% and molar ratio of methanol to oleic acid 12:1. The recyclability of HTAS6-130 was satisfactory, reducing the conversion by only 18% after the five reaction cycles. The in situ functionalization method brought together the advantages of rapid synthesis, low energy consumption and high density of active acid sites after use in five consecutive reaction cycles. Chapter 4 brings as a novelty the ultrasound-assisted synthesis of sulfonated mesoporous carbon as an alternative to produce structured carbon materials. The synthesis was prepared by the soft-template method in an ultrasonic processor and subsequently carbonized and sulfonated for application in the esterification model reaction. The functionalization of the samples with sulfuric acid brought about a reduction in porosity, but simultaneously resulted in the generation of functional groups of an acidic nature. Resulting in the CMS5-6h catalyst with sulfonic density of 1.6 mmol g-1, BET surface area 402 m2 g-1 and pore diameter 10.6 nm, remaining in the mesopore range even after acid treatment. The CMS5-6h catalyst showed excellent activity in the esterification reaction with 95% oleic acid conversion. The recyclability of MCS5-6h was satisfactory during five reaction cycles, showing a reduction of only 20% after the last cycle studied. The experiments yielded promising results for obtaining sulfonated carbon materials in a short period of time under mild temperatures and with excellent catalysis performance. In addition, the use of residues from Amazonian biomass in the preparation of catalysts may be the appropriate solution for the destination of these types of residues.
???metadata.dc.subject.cnpq???: CIENCIAS EXATAS E DA TERRA: QUIMICA: QUIMICA INORGANICA
???metadata.dc.subject.user???: Catalisador heterogêneo, Carbono sulfonado, Biomassa, Esterificação.
Language: por
???metadata.dc.publisher.country???: Brasil
Publisher: Universidade Federal do Amazonas
???metadata.dc.publisher.initials???: UFAM
???metadata.dc.publisher.department???: Instituto de Ciências Exatas
???metadata.dc.publisher.program???: Programa de Pós-graduação em Química
Citation: ARAUJO, Rayanne Oliveira. Catalisadores heterogêneos baseados em materiais de carbono sulfonado para aplicação na reação de esterificação. 2022.126 f. Tese (Doutorado em Química) - Universidade Federal do Amazonas, Manaus (AM), 2022.
???metadata.dc.rights???: Acesso Aberto
URI: https://tede.ufam.edu.br/handle/tede/9118
Issue Date: 29-Jul-2022
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