Avaliação do fosfato de nióbio como catalisador na reação de esterificação de derivado de biomassa: aplicação do planejamento fatorial completo à 3 níveis na otimização da reação de esterificação

Silva, Gabriel dos Santos Macedo

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			http://hdl.handle.net/11422/27091

Type:	Trabalho de conclusão de graduação
Title:	Avaliação do fosfato de nióbio como catalisador na reação de esterificação de derivado de biomassa: aplicação do planejamento fatorial completo à 3 níveis na otimização da reação de esterificação
Author(s)/Inventor(s):	Silva, Gabriel dos Santos Macedo
Advisor:	Lachter, Elizabeth Roditi
Co-advisor:	Aguiar, Paula Fernandes de
Abstract:	A conversão de biomassa e seus derivados em produtos de interesse para a indústria têm recebido muita atenção nos últimos anos, devido à possibilidade de se tornarem uma fonte alternativa para produção sustentável de produtos químicos e biocombustíveis. Um exemplo disto é o ácido levulínico, produzido industrialmente pela hidrólise ácida da celulose. Ele é uma molécula que contém dois grupos funcionais; uma cetona e um ácido carboxílico. A presença dos diferentes grupos funcionais leva à possibilidade de síntese de vários produtos químicos importantes, como os levulinatos de alquila. Ésteres do ácido levulínico são de particular interesse devido às suas propriedades físico-químicas específicas, já que podem ser usados como aditivos de biocombustíveis e como biolubrificantes. Os ésteres podem ser sintetizados a partir da esterificação do ácido levulínico com álcoois, na presença de catalisadores ácidos minerais. No entanto, a catálise homogênea apresenta desvantagens significativas, como a corrosividade do ácido, que demanda materiais mais resistentes e onerosos nos equipamentos industriais, além da dificuldade de separação do catalisador do produto final. Por esses motivos, a catálise homogênea não é considerada uma solução sustentável para processos em larga escala. A catálise heterogênea apresenta vantagens, como a facilidade de separação do catalisador, e costumam ter maior estabilidade térmica e mecânica, operando por longos períodos sem degradação significativa. Neste trabalho o fosfato de nióbio comercial foi usado como o catalisador ácido na esterificação do ácido levulínico com butanol. Foi realizado um estudo do efeito da temperatura de calcinação do catalisador (sem calcinar, 300 °C e 500 °C) na reação de esterificação do ácido levulínico com butanol à temperatura de 80 °C, relação molar álcool:ácido de 2:1 e tempo de duas horas. A conversão do ácido levulínico com o catalisador calcinado a 300 °C e 500 °C foram inferiores a 16 %. Verificou-se que os melhores resultados foram obtidos com o catalisador sem calcinar, isto é a conversão do ácido foi de 25 %. Foi feito um planejamento experimental fatorial à três (3) níveis e usou-se como variáveis temperatura da reação e quantidade de catalisador. As reações foram realizadas com tempo total de duas horas retirando-se alíquotas em 15, 30, 45, 60, 90 e 120 min. e a relação molar álcool: ácido foi de 2:1. Os experimentos mostraram que o aumento da temperatura de reação e aumento da quantidade de catalisador levou a um aumento da conversão do ácido em éster. O melhor resultado obtido foi a 120 °C de temperatura reacional, sem calcinar o catalisador e com 2 % m/m de catalisador, alcançou-se conversão de 75,5 % do ácido em éster. O planejamento de experimento mostrou que a variável temperatura é o que mais impacta no rendimento da reação.
Keywords:	Ácido levulínico Fosfato de nióbio Catálise ácida Esterificação Planejamento fatorial
Subject CNPq:	CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
Production unit:	Instituto de Química
Publisher:	Universidade Federal do Rio de Janeiro
Issue Date:	2025
Publisher country:	Brasil
Language:	por
Right access:	Acesso Aberto
Appears in Collections:	Química

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