Completo - Open Access.

Idioma principal | Segundo idioma

Síntese e caracterização de materiais do tipo MCM-41sulfatada

Synthesis and characterization of sulfated MCM-41 materials

PEREIRA, Kleberson Ricardo de Oliveira; JÚNIOR, Adalício Uzêda Antunes; CARVALHO, Maria Wilma Nunes Cordeiro; SILVA, Adriano Sant’Ana;

Completo:

Os processos químicos consistem na transformação de matérias primas em produtos por meio de reações químicas. Reações em processos industriais necessitam ter elevada eficiência, rápido processamento e boa qualidade, o que pode ser alcançado através do uso de catalisadores. Devido aos problemas ambientais, a catálise mostra-se como alternativa promissora em promover vias sustentáveis de produção e, configura-se como fundamental para a melhoria de processos químicos. De forma geral, as reações catalíticas podem ser classificadas em homogêneas e heterogêneas. O uso de catalisadores heterogêneos ganha destaque devido à possibilidade de redução de impactos ambientais e aumento da eficiência de processos. Visando a substituição de catalisadores homogêneos, o emprego de catalisadores sólidos vem sendo difundida cada vez mais no meio científico. Catalisadores heterogêneos mesoporosos, como Mobil Compositionof Matter-41 (MCM-41), vem sendo estudados por diversos pesquisadores na aplicação em reações envolvendo macromoléculas. As principais vantagens do uso dessa peneira molecular mesoporosa são: elevada área superficial, elevado diâmetro de poro e volume poroso e boa estabilidade térmica. A MCM-41 é um material inativo cataliticamente ou pode apresentar sítios ácidos muito fracos, estes materiais mesoporosos, por sua vez podem ter sua superfície modificada mediante a incorporação de uma fase ativa. Dentre as quais se destacam a adição de heteroátomos para geração de sítios ácidos e o íon sulfato o qual confere ao material a característica de superácido. Diante disso, o objetivo deste estudo foi avaliar a síntese e caracterização do suporte MCM-41 e dos catalisadores ZrO2-MCM-41 e SO42--ZrO2-MCM-41. Os catalisadores foram sintetizados pelo método de incorporação por mistura física do óxido com concentração de 5 % de ZrO2 em relação mássica e em seguida caracterizados por DRX, EDX e MEV. Os resultados sugerem que o comportamento característico do material mesoporoso MCM-41 foi alcançado após as sínteses e que os materiais são constituídos basicamente por sílica. Alternativamente, observou-se a presença de compostos derivados de zircônia e enxofre após análise dos catalisadores. Em relação à morfologia, verificou-se que os materiais apresentam formas heterogêneas com presença de aglomerados.

Completo:

Chemical processes consist on the transformation of raw materials into products through chemical reactions. Reactions in industrial processes need to have high efficiency, fast processing and good quality, which can be achieved through the use of catalysts. Due to environmental problems, catalysis shows up as a promisingalternativetopromotesustainablewaysofproductionandappears as fundamental to the improvement of chemical processes. In general, the catalytic reactions can be classified into homogeneous and heterogeneous. The use of heterogeneous catalysts is highlighted because of the possibility of reducing environmental impacts and increasing process efficiency. Aiming to replacing homogeneous catalysts, the use of solid catalysts has been increasingly widespread in scientific circles. Mesoporous heterogeneous catalysts, such as Mobil Composition of Matter-41 (MCM-41), has been studied by many researchers in the application in reactions involving macromolecules. The main advantages of using this mesoporous molecular sieve are: high surface area, high pore diameter and pore volume and good thermal stability. MCM-41 is catalytically inactive material or may present very weak acid sites, these mesoporous materials, in turn may have their surface modified by incorporating an active phase. Among which stand out the addition of heteroatoms to generate acid sites and the sulfate ion which gives the material the characteristic of superacid. Thus, the aim of this study was to evaluate the synthesis and characterization of MCM-41 support and ZrO2-MCM-41 and SO42--ZrO2-MCM-41 catalysts. The catalysts were synthesized by incorporation physical mixture method with a concentration of 5% in mass ratio of ZrO2 and then characterized by XRD, SEM and EDX. The results suggest that the behavior characteristic of mesoporous materials of the MCM-41 was reached after synthesis and the materials are essentially constituted by silica. Alternatively, it was observed the presence of zirconia and sulfur based compounds after analysis of catalysts. In relation to morphology, it was found that the materials exhibit heterogeneous forms with the presence of agglomerates.

Palavras-chave: Peneiras moleculares; MCM-41; Adsorção; Catálise Heterogênea.,

Palavras-chave: Molecular sieves; MCM-41; adsorption; Heterogeneous catalysis,

DOI: 10.5151/chenpro-5erq-eng20

Referências bibliográficas
  • [1] ANTUNES JÚNIOR, A. U.; PEREIRA, K. R. O.; SILVA, A. S.; CARVALHO, M. W. N. C., Síntese de catalisadores do tipo MCM-41 e Al-MCM-41 para aplicação em reação de esterificação de óleo de soja, in: IX Encontro Brasileiro sobre Adsorção &I Simpósio Ibero-Americano sobre Adsorção. Recife, 2012 (a).
  • [2] ANTUNES JÚNIOR, A. U.; LEITE, C. E. T.; SANTOS, T. S. S.; SILVA, A. S.; PEREIRA, K. R. O.; CARVALHO, M. W. N. C., Avaliação da influência de Fe, Ni e Mo impregnado em MCM-41 para produção de biodiesel, in: XIX Congresso Brasileiro de Engenharia Química. Búzios, 2012 (b).
  • [3] ARMOR, J. N., A history of industrial catalysis, Catalysis Today, v. 163, p. 3-9, 2011.
  • [4] AQUINO, J. M. F. B.; SOUZA, C. D. R.; ARAÚJO, A. S. Synthesis and characterization of sulfate-supported MCM-41 material. International Journal of Inorganic Materials, v. 3, p. 467-470, 2001.
  • [5] BECK, J. S.; VARTULI, J. C.; ROTH, W. J.; LEONOWICZ, M. E.; KRESGE, C. T.; SCHMITT, K. D.; CHU, C. T. W.; OLSON, D. H.; SHEPPARD, E. W.; A new family of mesoporous molecular sieves prepared with liquid crystal templating. Journal American Chemical Society, v.114, p.10834, 1992.
  • [6] CASTRO, K. K. V. Síntese, caracterização e aplicação do MCM-41 e Al-MCM-41 na pirólise do resíduo atmosférico de petróleo, Dissertação de Mestrado, Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Natal, 2009.
  • [7] CHEN, C. L.; LI, T.; CHENG, S.; LIN, H.P.; BHONGALE, C. J.; MOU, C. Y., Direct impregnation method for preparing sulfated zirconia supported on mesoporous silica, Microporous and Mesoporous Materials, v. 50, p.201-208, 2001a.
  • [8] CHEN, C. L.; CHENG, S.; LIN, H. P.; WONG, S. T.; MOU, C. Y., Sulfated zirconia catalyst supported on MCM-41mesoporous molecular sieve, Applied Catalysis A: General, v. 215, p. 21–30, 2001b.
  • [9] CHEN, Y.; CHEN, X.; DONG, B.; WANG, G.; ZHENG, X., Facile Synthesis and Characterization of 12-Tungstophosphoric Acid Anchoring MCM-41 Mesoporous Materials, Materials Letters, v. 114, p. 72-75, 2014.
  • [10] CORMA, A., From microporous to mesoporous molecular sieve materials and their use in catalysis, Chemical Review, v. 97, p. 2373, 1997.
  • [11] GAYDHANKAR, T. R.; SAMUEL, V.; JHA, R. K.; KUMAR, R.; JOSHI, P. N. Room temperature synthesis of Si-MCM-41 using polymeric version of ethyl silicate as a source of silica. Materials Research Bulletin, v. 42, p. 1473-1484, 2007.
  • [12] GHEDENI, E.; SIGNORETTO, M.; PINNA, F.; CRUCIANI, G.; Mesoporous Silica–Zirconia Systems for Catalytic Applications, Catalysis Letters, v. 125, p. 359-370, 2008.
  • [13] LI, L.; YU, S.; LIU, F.; YANG, J.; ZHAUG, S., Reactions of turpentine using Zr-MCM-41 family mesoporous molecular sieves, Catalysis Letters, v. 100, p. 227-233, 2005.
  • [14] MORENO, E. L.; RAJAGOPAL, K., Desafios da acidez na catálise em estado sólido, Química Nova, v. 32, p. 538-542, 2009.
  • [15] ONDA, A.; OCHI, T.; YANAGISAWA, K. Hydrolysis of cellulose selectively into glucose over sulfonated activated-carbon catalyst under hydrothermal conditions. Topics in Catalysis, v. 52, p. 801–807, 2009.
  • [16] PARVULESCU, V.; CMAN, S.; PARVULESCU, V. I.; GRANGE, P.; PONCELET, G. Reaction of hexane, cyclohexane, and methylcyclopentane over gallium-, indium-, and thallium-promoted sulfated zirconia, Journal of Catalysis, v.180, p.66-84, 1998.
  • [17] SCHMAL, M., Catálise heterogênea, 1ª ed., Synergia. Rio de Janeiro, 2011.
  • [18] SILVA, A. S., Avaliação de catalisadores de NiO e MoO3, suportados em MCM-41, na obtenção de biodiesel de óleo de algodão, Tese (Doutorado em Engenharia de Processos), Universidade Federal de Campina Grande. Campina Grande, 2011.
  • [19] SU, F.; GUO, Y., Advancements in solid acid catalysts for biodiesel production, Green Chemistry, v. 16, p. 2934-2957, 2014.
  • [20] SUN, Y.; ZHU, L.; LU, H.; WANG,E.; LIN, S.; JIANG, D.; XIAO F. Sulfated zirconia supported in mesoporous materials. Applied Catalysis A: General, v. 237, p.21–31, 2002.
  • [21] TANABE, K.; HÖLDERICH, W. F. Industrial application of solid acid–basecatalysts, Applied Catalysis A: General, v. 181, p. 399-434, 1999.
  • [22] VÉDRINE, J. C., Revisiting active sites in heterogeneous catalysis: their structure and their dynamic behaviour, Applied Catalysis A: General, v. 474, p. 40-50, 2014.
  • [23] WANG, J. H.; MOU, C. Y., Characterizations of aluminum-promoted sulfated zirconia on mesoporous MCM-41 silica: Butane isomerization, Microporous and Mesoporous Materials, v. 110, p. 260-270, 2008.
  • [24] YANG, G.; DENG, Y.; WANG, J., Non-Hydrothermal Synthesis and Characterization of MCM-41 Mesoporous Materials from Iron Ore Tailing, Ceramics International, v. 40, p. 7401-7406, 2014.
  • [25] ZHANG, J.; CHEN, S.; YANG, R.; YAN, Y., Biodiesel production from vegetable oil using heterogeneous acid and alkali catalyst, Fuel, v. 89, p. 2939-2944, 2010.
Como citar:

PEREIRA, Kleberson Ricardo de Oliveira; JÚNIOR, Adalício Uzêda Antunes; CARVALHO, Maria Wilma Nunes Cordeiro; SILVA, Adriano Sant’Ana; "Síntese e caracterização de materiais do tipo MCM-41sulfatada", p. 1069-1079 . In: Anais do V Encontro Regional de Química & IV Encontro Nacional de Química [=Blucher Chemistry Proceedings].. São Paulo: Blucher, 2015.
ISSN 2318-4043, DOI 10.5151/chenpro-5erq-eng20

últimos 30 dias | último ano | desde a publicação


downloads


visualizações


indexações