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Title: Desenvolvimento do catalisador yzro2/xmo-kit-6 para avaliação na reação de transesterificação do óleo de soja.
Other Titles: Development of the yzro2/xmo-kit-6 catalyst for evaluation in the transesterification reaction of soybean oil.
???metadata.dc.creator???: ALVES, Bruno Taveira da Silva.
???metadata.dc.contributor.advisor1???: BARBOSA, Bianca Viana de Sousa.
???metadata.dc.contributor.referee1???: ALVES, José Jailson Nicácio.
???metadata.dc.contributor.referee2???: SILVA, André Miranda da.
???metadata.dc.contributor.referee3???: SILVA, Maristela Alves da.
???metadata.dc.contributor.referee4???: MENEZES, Romualdo Rodrigues.
Keywords: Peneira molecular;Material mesoporoso;KIT-6;Trióxido de molibdênio;Óxido de zircônio;Molecular sieve;Mesoporous material;Zirconium oxide;Tamiz molecular;Trióxido de molibdeno;Óxido de circonio;Tamis moléculaire;Matériau mésoporeux;Trioxyde de molybdène;Oxyde de zirconium
Issue Date: 13-Feb-2023
Publisher: Universidade Federal de Campina Grande
Citation: ALVES, B. T. da S. Desenvolvimento do catalisador yzro2/xmo-kit-6 para avaliação na reação de transesterificação do óleo de soja. 2023. 121 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Centro de Ciências e Tecnologia, Universidade Federal de Campina Grande, Paraíba, Brasil, 2023.
???metadata.dc.description.resumo???: O biodiesel é uma mistura de ésteres de ácidos graxos e pode ser obtido a partir da transesterificação de óleos vegetais e gorduras animais com um álcool de cadeia curta. É um biocombustível que surge como alternativa aos combustíveis fósseis, por ser renovável, biodegradável e não-tóxico. Tradicionalmente, a transesterificação é catalisada por catalisadores homogêneos, porém a catálise heterogênea pode facilitar a separação dos produtos do catalisador. Materiais mesoporosos, como o KIT-6, vem sendo estudados devido às suas características promissoras na área da catálise, por possuir uma estrutura simétrica cúbica tridimensional Ia3d, com largo diâmetro de poro, alta estabilidade hidrotérmica, elevada área específica e rede interpenetrantes bi contínua de canais. A adição de óxidos metálicos, como o trióxido de molibdênio e o óxido de zircônio na estrutura da peneira molecular KIT-6, possibilita o aumento da atividade catalítica e seletividade, melhorando seu desempenho na reação de transesterificação. O presente trabalho teve como objetivo desenvolver um catalisador a partir da modificação da peneira molecular KIT-6 com molibdênio e zircônio, para aplicação na reação de transesterificação do óleo de soja, utilizando o planejamento experimental Box-Behnken para definir a matriz de experimentos. Para esta finalidade o trióxido de molibdênio foi sintetizado hidrotermicamente via microondas, obtendo-se a sua fase ortorrômbica a partir da ativação térmica. Através das técnicas de difratometria de raios X e da espectroscopia Raman, constatou-se que a síntese com tempo de 5 min e 150 ºC foi necessário para se obter a fase hexagonal. A análise termogravimétrica indicou que 400 ºC é a temperatura ideal para a transição para a fase ortorrômbica. O trióxido de molibdênio foi incorporado na estrutura cúbica do KIT-6 pelo método de síntese direta, avaliando-se as diferentes razões molares Si/Mo (10, 20 e 30). Através das análises de difratometria de raios X e adsorção física de N2, foi concluído que o catalisador 20Mo-KIT-6 apresentou melhores propriedades cristalográficas e texturais, com maior área de superfície específica e reflexões de difração característicos do KIT-6 com maior intensidade, sendo escolhido para a impregnação com diferentes teores de ZrO2 (10, 15 e 20%). O ZrO2 foi obtido pela precipitação do Zr(OH)4 que foi ativado à 700 ºC para obtenção de sua fase monoclínica. A técnica de DRX confirmou a impregnação das espécies de ZrO2 na estrutura do 20Mo-KIT-6, através da análise de adsorção física de N2, os catalisadores apresentaram isotermas do tipo IV com "loop" de histerese H3, indicando que os catalisadores apresentaram estrutura mesoporosa com a formação de poros com diferentes geometrias. As variáveis operacionais (teor de ZrO2, razão álcool:óleo e concentração de catalisador) adotadas para o planejamento experimental Box-Behnken não apresentaram influência significativa na reação de transesterificação, o maior rendimento obtido foi de 62,13% utilizando-se as condições de 10% de ZrO2, razão molar álcool:óleo de 20:1, 4% de massa de catalisador, 150 ºC e 3h.
Abstract: Biodiesel is a mixture of fatty acid esters and can be obtained from the transesterification of vegetable oils and animal fats with a short-chain alcohol. It is a biofuel that appears as an alternative to fossil fuels, as it is renewable, biodegradable and non-toxic. Traditionally, transesterification is catalyzed by homogeneous catalysts, but heterogeneous catalysis can facilitate the separation of catalyst products. Mesoporous materials, such as KIT6, have been studied due to their promising characteristics in the area of catalysis, as they have a symmetrical three-dimensional Ia3d cubic structure, with large pore diameter, high hydrothermal stability, high specific area and bicontinuous interpenetrating network of channels. The addition of metallic oxides, such as molybdenum trioxide and zirconium oxide in the structure of the KIT-6 molecular sieve, allows an increase in catalytic activity and selectivity, improving its performance in the transesterification reaction. The present work aimed to develop a catalyst from the modification of the KIT-6 molecular sieve with molybdenum and zirconium, for application in the transesterification reaction of soybean oil, using the Box-Behnken experimental design to define the matrix of experiments. For this purpose, molybdenum trioxide was hydrothermally synthesized via microwave, obtaining its orthorhombic phase from thermal activation. Through the techniques of X-ray diffractometry and Raman spectroscopy, it was found that the synthesis with a time of 5 min and 150 ºC was necessary to obtain the hexagonal phase. Thermogravimetric analysis indicated that 400 °C is the ideal temperature for the transition to the orthorhombic phase. Molybdenum trioxide was incorporated into the cubic structure of KIT-6 by the direct synthesis method, evaluating the different Si/Mo molar ratios (10, 20 and 30). Through the analysis of x-ray diffractometry and physical adsorption of N2, it was concluded that the 20Mo-KIT-6 catalyst presented better crystallographic and textural properties, with greater specific surface area and diffraction reflections characteristic of KIT-6 with greater intensity, being chosen for impregnation with different ZrO2 contents (10, 15 and 20%). ZrO2 was obtained by the precipitation of Zr(OH)4 which was activated at 700 ºC to obtain its monoclinic phase. The XRD technique confirmed the impregnation of the ZrO2 species in the structure of 20Mo-KIT-6, through the analysis of physical adsorption of N2, the catalysts presented isotherms of type IV with "loop" of hysteresis H3, indicating that the catalysts presented structure mesoporous with the formation of pores with different geometries. The operational variables (ZrO2 content, alcohol:oil ratio and catalyst concentration) adopted for the Box-Behnken experimental design did not present a significant influence on the transesterification reaction, the highest yield obtained was 62.13% using the conditions of 10% ZrO2, alcohol:oil molar ratio of 20:1 , 4 wt.% catalyst loading, 150°C and 3h.
Keywords: Peneira molecular
Material mesoporoso
KIT-6
Trióxido de molibdênio
Óxido de zircônio
Molecular sieve
Mesoporous material
Zirconium oxide
Tamiz molecular
Trióxido de molibdeno
Óxido de circonio
Tamis moléculaire
Matériau mésoporeux
Trioxyde de molybdène
Oxyde de zirconium
???metadata.dc.subject.cnpq???: Engenharia química.
URI: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/30177
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BRUNO TAVEIRA DA SILVA ALVES – TESE (PPGEQ) 2023.pdf3.82 MBAdobe PDFView/Open


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