Preparação e caracterização de catalisadores de óxidos mistos para transformação do etanol em 1,3 butadieno

Resumo

Os óxidos mistos do tipo MO(1-X)A12O3(SO4)x, onde M = Zn, Ni, Mg e Ca, são catalisadores bifuncionais, com atividade desidratante e desidrogenante, os quais promovem a formação de butadieno a partir do etanol. O objetivo deste projeto é a obtenção de precursores de óxidos mistos com estrutura tipo hidrotalcita bem cristalina contendo ânions sulfato (SO4-2) intercalados entre as camadas da fase tipo brucita e estudar a influência da composição da matriz oxida nas propriedades catalíticas para transformação do etanol em butadieno. Por outro lado, este projeto visa também o desenvolvimento e a consolidação do domínio da catalise heterogênea nesta Instituição através não apenas da formação de recursos humanos, mas também através da aquisição e montagem de sistemas analíticos e reacionais, indispensáveis para satisfazer uma carência regional nesta área. Neste projeto serão estudadas a obtenção de precursores de óxidos mistos por coprecipitação contínua a partir de solução aquosa de nitratos ou sulfatos dos íons metálicos com uma solução aquosa de NaOH, K2CO3 ou KHCO3, como agente coprecipitante. Dentre os métodos de coprecipitação e condições usadas, será possível a obtenção de precursores com estrutura uniforme do tipo hidrotalcita M62+A123+(OH)16CO3.4H2O, através do método de coprecipitação contínua. A inclusão do ânion sulfato nos precursores com estrutura tipo hidrotalcita será possível através de troca iônica com uma solução de sulfato de amônio em precursores obtidos com sais de nitrato dos metais e também através da coprecipitação dos sais de sulfato dos metais seguido de um tratamento de envelhecimento sob condições controladas de temperatura epH. O teor do ânion sulfato impregnado na estrutura tipo hidrotalcita é dependente da concentração da solução de sulfato de amônio, quando o precursor é obtido a partir de troca iônica. Por outro lado, os precursores obtidos a partir de soluções dos sais de sulfato dos metais dependem da relação molar nominal de Al/Al + M. Os catalisadores contendo o ânion sulfato em sua estrutura apresentam propriedades bifuncionais, sendo que os sítios ácidos formados pela presença do ânion sulfato promovem a formação de butadieno a partir do etanol. Portanto, a realização deste projeto financiado pela FAPESP permitirá, em linhas gerais, a formação de recursos humanos de alto nível nas áreas de síntese, de caracterização e de testes reacionais, envolvendo sistemas catalíticos heterogêneos, além da complementação de condições instrumentais de operação, satisfatórias no seio desta Instituição. Assim, visam-se: preparar catalisadores bifuncionais de óxidos mistos MO(1-X)A12O3(SO4)x, onde M ,= Zn, Mg, Ni e Ca ) em uma ampla faixa de condições experimentais através do método de coprecipitação; caracterizar de forma aprofundada os catalisadores através de DR-X, FT-IR, TEM, ESC A, TGA, DSC e Área Superficial Específica e relacionar suas características físico-químicas com a atividade do catalisador para transformação do etanol em butadieno; realizar ensaios catalíticos em uma ampla faixa de condições experimentais em reações de transformação do etanol em 1,3 butadieno em uma única etapa; dar continuidade nos trabalhos de pesquisa iniciados anteriormente no DEQ/UFSCar no domínio da preparação e caracterização de catalisadores de óxidos mistos para transformação do etanol. (AU)