Preparação e caracterização de catalisadores baseados em pentóxido de nióbio e óxido de cobre(II) aplicados em reações de esterificação e transesterificação

Abstract

Os catalisadores contendo Nb O /SiO -Al O , CuO/Nb O /SiO -Al O , 2 5 2 2 3 2 5 2 2 3 Nb O /CCA (CCA=cinza de casca de arroz) cristalina ou amorfa e CuO/CCA 2 5 investigados neste estudo, foram preparados via diferentes rotas (impregnação em meio aquoso (incipiente ou evaporação) ou grafitização em meio orgânico, em variadas proporções (2, 5, 10, 15, 20 e 25 % em massa). Estes materiais foram aplicados em reações de esterificação de ácido acético com álcoois (etanol, n-butanol e iso-pentanol), esterificação de ácido oléico ou transesterificação de óleo de soja com etanol ou metanol, mostrando ótima conversão e seletividade na maioria dos processos. As caracterizações utilizadas foram: DRX, TG/DTA, FTRaman, FTIR, DRIFTS, Calorimetria, BET, RMN e CG/FID e CG/MS. Os catalisadores de Nb O /SiO -Al O foram 2 5 2 2 3 avaliados quanto à transição de fase que ocorre a cerca de 1350 C, confirmando a formação das fases ortorrômbica (T) e monoclínica (M e H), em contraste com o Nb O puro que forma somente a fase H nas mesmas 2 5 condições. O estudo destes catalisadores calcinados mostrou a forte dependência da temperatura na acidez e na estrutura. O material suportado mais ácido é amorfo, contém 10% em massa do Nb O (~ o limite da 2 5 C. Os catalisadores de monocamada) e deve ser calcinado a 300 CuO/Nb O /SiO -Al O mostraram um alto grau de influência do CuO sobre o O , sendo que a estabilidade térmica é dependente do método de Nb 2 5 preparação. Os materiais calcinados a 800 C e com alto teor de Cu e Nb mostraram a formação de óxidos mistos (CuNb O ) e possuem a monocamada 2 6 em torno de 5-10 % em massa dos óxidos de CuO e Nb O . Já os calcinados a 2 5 C, somente é observado o CuO cristalino, quando esse possui teores 300 acima de 10 % em massa. Os sistemas de Nb O /CCA amorfa ou cristalina 2 5 mostraram uma forte interação das espécies superficiais de óxido de nióbio, evidenciado pela formação das fases TT e T-Nb O , nas amostras contendo 2 5 10-25 % em massa e calcinadas a 800 C. Além disso, não mostraram a transição de fase nas curvas de TG/DTA. O catalisador mais ativo no processo de esterificação do ácido oléico contém 10 % em massa e foi calcinado a 300 C. O catalisador contendo 10 % de CuO/CCA amorfa, calcinado a 300 C, mostrou alta dispersão das espécies de cobre na superfície. ________________________________________________________________________________________ ABSTRACT

O /SiO -Al O , CuO/Nb O /SiO -Al O , Catalysts comprising of Nb 2 5 2 2 3 2 5 2 2 3 Nb O /CCA (CCA=rice husk ash) crystalline or amorphous and CuO/CCA 2 5 investigated in this study were prepared by different routes (impregnation in aqueous solution (incipient or evaporation) or graftization in organic medium) (2, 5, 10, 15, 20 e 25 mass%). under different proportions These materials were applied in esterification reactions of acetic acid with alcohols (ethanol, n-butanol and isopentanol), esterification of oleic acid or transesterification of soybean oil with ethanol or methanol, showing excellent conversion and selectivities in the majority of the processes. The catalyst characterizations used were: XRD, TG/DTA, FTRAMAN, FTIR, DRIFTS, Calorimetry, BET, NMR, GC/FID and O /SiO -Al O were tested to the transition phase, GC/MS. The catalysts of Nb 2 5 2 2 3 1350 C, confirming formation of the orthorhombic (T) which occurs at about and monoclinic (M and H) phases. This is in contrast to pure Nb O that forms 2 5 only the H phase under the same conditions. The study of the calcined catalysts showed the strong dependence of the temperature on the acidity and structure. The most acidic material is amorphous, have 10 mass% of Nb o (~the limit of 2 5 C. The catalysts of the monolayer), and must be calcined at 300 CuO/Nb O /SiO -Al O showed a high degree influence of CuO over Nb O , 2 5 2 2 3 2 5 and the thermal stability is dependent on the preparation method. The materials and higher Cu and Nb loadings showed the formation of calcined at 800 °C O ), and have the monolayer around 5-10 mass% of CuO mixed-oxides (CuNb 2 6 O . When loadings are over 10 mass% and calcination is at 300 °C, and Nb 2 5 only crystalline CuO is observed. The Nb O /CCA amorphous or crystalline 2 5 showed a strong interaction of the niobium oxide surface species, evidenced by the formation of TT and T-Nb O phases in the samples with 10-25 mass% and 2 5 calcined at 800 °C. Moreover, they have not displayed the transition phase in the TG/DTA curves. The most active catalyst for the esterification of oleic acid process has 10 mass% and was calcined at 300 °C. The catalyst with 10 mass% of CuO/CCA amorphous, calcined at 300 °C showed high dispersion of copper species on the surface.