Síntese e caracterização de óxido de magnésio obtido por diferentes técnicas e sua aplicação na produção de Biodiesel

Abstract

Nanopartículas de óxidos têm uma importância considerável em processos que envolvam catálise heterogênea, por conta de suas propriedades diferenciais, como a presença de sítios defeituosos capazes de aumentar a atividade catalítica. Pensando nisso, foi feito um estudo comparativo de métodos preparativos que pudessem levar à obtenção de óxido de magnésio nanoestrutural, com um maior controle no tamanho dos cristalitos e uma boa distribuição homogênea de poros. Trabalhou-se com a impregnação incipiente, utilizando amostras de negro de fumo como suporte, e com a técnica de microemulsão, que partiu do uso de um surfactante não-iônico. Para fins de comparação, foram abordados outros métodos no trabalho, como a síntese hidrotérmica, o sol-gel e a decomposição térmica do precursor metálico. Foram feitas análises texturais das amostras de negro de fumo, que apresentaram uma boa parcela de mesoporos. Foram feitas também análises de DRX, FTIR e avaliação do comportamento térmico dos materiais, tanto para as amostras do negro de fumo quanto para as do MgO. Os difratogramas indicaram a presença dos picos referentes aos planos de difração da estrutura do óxido. Os tamanhos médios de cristalito variaram de 6,9 nm, para o óxido sintetizado via microemulsão, até 48,6 nm com aquele obtido através da calcinação do precursor puro. Os materiais oriundos da impregnação incipiente apresentaram tamanhos dentro da faixa de mesoporos dos suportes utilizados, com pequenas variações entre eles. Os espectros de infravermelho indicaram a presença da banda característica da ligação Mg-O nas amostras. Na reação modelo de transesterificação foi avaliado o uso de KF como promotor eletrônico capaz de aumentar a força dos sítios básicos na superfície dos óxidos. A maioria das amostras do método incipiente seguiu uma relação direta entre o tamanho dos cristalitos e a conversão. De uma forma geral, os resultados de conversão em biodiesel foram muito próximos entre os óxidos com um máximo de 99,0%. O TPD-TG de CO2 indicou a presença de sítios básicos médios e fortes para as amostras do óxido e foi possível correlacionar a força básica e a área superficial dos materiais com as conversões em biodiesel. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT

Nanoparticles of oxides have a great importance in heterogeneous catalytic processes due to unique properties such as defected sites capable of increasing the activity. In this sense, a comparative study involving various preparation methods of nanostructured magnesium oxide was performed. The goal was to develop an oxide with better control of crystal size and homogenous pore distribution. The methods included incipient wetness impregnation using different carbon black as support and microemulsion with non ionic surfactant. In addition, other methods were used for comparative purposes such as: hydrothermal synthesis, sol-gel synthesis and thermal decomposition of the metal precursor. Firstly, the textural properties of the carbon blacks were studied. It was observed a predominant mesoporous structure of these supports. Other techniques such as XRD, FTIR and thermal analysis complemented the characterization of the carbons, as well as for the synthesized MgO materials. The XRD data demonstrated the syntheses were successful by the presence of the typical reflections. The mean size of the crystallites ranged from 6.9 nm (MgO synthesized by microemulsion) to 48.6 nm (MgO obtained by thermal decomposition of the precursor). The sizes of MgO crystallites obtained by incipient wetness were within the range of original pores of the carbon blacks. The infrared spectra indicated the characteristic vibration of Mg–O bond in the samples. The MgO nanocrystals were used in transesterification of soybean oil with methanol, as a model reaction. It was observed low activity for pure nanocrystals. In order to enhance their activities, KF was added as promoter, which increased significatively their conversion. Most of the results related to the oxides obtained by incipient wetness indicated a direct relation between the crystal size and conversion. All the results were close among the materials with the best conversion to biodiesel around 99% within 2 h reaction. The CO2-TPD-TG indicated the presence of medium and strong basic sites for the oxide samples. It was possible to correlate basic strength and surface area with the conversions to biodiesel.