Use este identificador para citar ou linkar para este item: repositorio.ufla.br/jspui/handle/1/1620
Título: Catalisadores de zircônia sulfatada e compósitos carvão ativado/zircônia sulfatada para produção de biodiesel e etanol
Autor : Brum, Sarah Silva
Primeiro orientador: Guerreiro, Mário César
Primeiro membro da banca: Castro Neto, Pedro
Araújo, Maria Helena
Bianchi, Maria Lúcia
Oliveira, Luiz Carlos de
Área de concentração: Agroquímica
Palavras-chave: Catálise ácida
Sólido ácido
Biocombustível
Hidrólise de material lignocelulósico
Acid catalysis
Solid acid
Biofuel
Hydrolysis of lignocellulosic material
Data da publicação: 2014
Agência(s) de fomento: Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
Referência: BRUM, S. S. Catalisadores de zircônia sulfatada e compósitos carvão ativado/zircônia sulfatada para produção de biodiesel e etanol. 2010. 156 p. Tese (Doutorado em Agroquímica e Agrobioquímica) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2010.
Resumo: No presente trabalho estudou-se a produção de zircônia sulfatada (SZr) e compósitos carvão ativado/zircônia sulfatada para serem utilizados como catalisadores em processos de produção de biocombustíveis. O carvão ativado empregado como suporte catalítico (CABC) foi produzido utilizando-se a borra de café, um resíduo da indústria de café solúvel, a partir de ativação química com carbonato de potássio. Para a preparação de SZr, utilizou-se uma rota sintética alternativa, livre de solventes e precipitação. Os compósitos foram produzidos por dois processos: no primeiro, o CABC foi impregnado com soluções de SZr e dois materiais foram produzidos, com e sem a etapa de calcinação (CABC/SZr-I e CABC/SZr-I SC) e no segundo, a SZr foi sintetizada sobre o CABC (CABC/SZr-S). Para isso, os sais precursores da SZr (ZrOCl2.8H2O e ((NH4)2SO4 ) foram homogeneizados juntamente com o CABC e calcinados sob fluxo de N2. Os catalisadores produzidos foram caracterizados por adsorção/dessorção de N2 (área BET), difratometria de raios X, análise termogravimétrica (TG-DTG), espectroscopia na região do infravermelho (FTIR) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). A acidez foi medida por titulação. Observou-se pequena diminuição na área superficial dos compósitos em relação ao CABC, independente do processo de produção e do grau de impregnação. A zircônia (ZrO2) apresentou uma área superficial muito baixa (16 m2g-1), entretanto, observou-se que a introdução dos grupos sulfatos é capaz de expandir o material, aumentando sua área para 65 m2g-1.Todos os materiais apresentaram estruturas cristalinas com fase predominantemente tetragonal. A fase tetragonal é bastante desejável e está relacionada com maior acidez para a zircônia sulfatada e, consequentemente, para os compósitos. Por meio das análises termogravimétricas, pode-se observar que a SZr e o compósito CABC/SZr-ISC continham altos teores de grupos sulfatos. Por outro lado, para os materiais preparados com a etapa de calcinação (CABC/SZr-I e CABC/SZr-S), baixos teores foram encontrados, sugerindo que os grupos sulfatos poderiam ser perdidos durante esse processo. A quantidade de grupos sulfatos e o teor de acidez dos materiais se apresentaram diretamente correlacionados. Dois tipos de grupos sulfatos estavam presentes na SZr (SO3 e SO42-), os quais apresentaram bandas em torno de 1.400 cm-1 e 1.200 cm-1. No estudo da atividade catalítica da SZr e dos compósitos para a produção de biodiesel, a reação de esterificação de ácido láurico foi utilizada como modelo. A SZr e o CABC/SZr-I SC foram altamente ativos com conversões superiores a 90%. Contudo, a atividade do compósito se mostrou bastante dependente do tempo e da temperatura reacional. Os compósitos CABC/SZr-S e CABC/SZr-I foram inativos nas reações de esterificação devido à baixa acidez desses materiais, consequência do baixo teor de sulfato. Um estudo sobre a produção de etanol de segunda geração também foi realizado. Para isso, atividade da SZr foi testada em reações de hidrólise dos resíduos agroindustriais: bagaço de cana-de-açúcar, torta de mamona e palha de feijão. A SZr apresentou excelente atividade catalítica nas reações de hidrólise, independente do resíduo utilizado. Os hidrolisados apresentaram altos teores de açúcares ( 24,7; 27,1 e 27,3 gL-1) e baixos teores de furfural (0,16; 0,2 e 0,4 gL-1) para bagaço, torta de mamona e palha de feijão, respectivamente, indicando que, além de ser altamente eficiente, a SZr pode ser mais seletiva, quando comparada aos ácido minerais diluídos.
In this work we studied the production of sulfated zirconia (SZr) and composites activated carbon/sulfated zirconia as catalysts in biofuels production processes. The activated carbon used as catalytic support (CABC) was produced from chemical activation with potassium carbonate based on spent coffee grounds, a residue of the coffee industry. For the synthesis of SZr was performed a alternative route free of solvent and precipitation. The composites were produced by two processes. The former CABC was impregnated with solutions of SZr, and two samples were produced with and without the calcination (CABC/SZr-I and CABC / SZr-I SC). For the second, the SZr was synthesized over the CABC (CABC/SZr-S). For this, the salts precursors of SZr (ZrOCl2.8H2O and ((NH4)2SO4) were homogenized with the CABC and calcinated under N2 flow. The catalysts were characterized by adsorption/desorption of N2 (area BET), X-rays diffractometry (XRD), thermogravimetric analysis (TG-DTG), infrared spectroscopy (FTIR) and scanning electron microscopy (SEM). The acidity was measured through titration. A small decrease in surface area of composites in relation to the CABC was observed, independent of the process and degree of impregnation. The SZr area of 65 m2 g-1 was high when compared to zirconia (16 m2 g-1). All materials presented the crystalline structure with predominantly tetragonal phase. The tetragonal phase is highly desirable, and it is associated with a higher acidity for sulfated zirconia and consequently for the composites. The thermogravimetric analysis revealed that the SZr and the composite CABC/SZr SC contained high levels of sulfate groups. On the other hand, for materials prepared with calcination step (CABC/SZr-I and CABC/SZr-S) low levels were found, suggesting that the sulfate groups could be missing during this process. The amount of sulfate groups and the acidity of the materials presented directly correlated. Two types of sulfate groups were present in SZr (SO3,SO42-) which showed bands around 1400 cm-1 and 1200cm-1. In the study of catalytic activity of SZr and composites for biodiesel production, the esterification reaction of lauric acid was used as a model. The SZr and CABC/SZr-I SC were highly active with conversions above 90%.However, the activity of the composite was very dependent on time and temperature reaction. The composites CABC/SZr-S and CABC/SZr-I were inactive in the reactions of esterification, this was attributed to low acidity of these materials, a consequence of low sulfate contents. A study on the production of second generation ethanol was also performed. For this, SZr activity was tested in the hydrolysis of agro industrial residues: sugar cane bagasse, castor bean and bean straw. The SZr showed excellent catalytic activity in hydrolysis reactions, regardless of the residue used. The hydrolyzed samples showed high levels of sugars (24.7; 27.1 and 27.3 gL-1) and low content of furfural (0.16, 0.2 and 0.4 gL-1) for bagasse, castor bean and bean straw, respectively, indicating that besides being highly efficient, the SZr can be more selective when compared with diluted mineral acids.
metadata.teses.dc.description: Tese apresentada à Universidade Federal de Lavras, como parte das exigências do Programa de Pós-Graduação em Agroquímica, área de concentração em Agrobioquímica E Agrobioquímica, para a obtenção do título de Doutor.
URI: http://repositorio.ufla.br/jspui/handle/1/1620
Publicador: UNIVERSIDADE FEDERAL DE LAVRAS
Idioma: pt_BR
Aparece nas coleções:DQI - Agroquímica - Doutorado (Teses)



Os itens no repositório estão protegidos por copyright, com todos os direitos reservados, salvo quando é indicado o contrário.