Controle da relação de sítios ácidos de Lewis e Brønsted pela incorporação de Sn em zeólitas Y - efeito na seletividade a produtos durante a conversão one-pot de furfural

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Rodegheri, Igor
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSCAR
Texto Completo: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/14183
Resumo: In the last years, in the production of chemicals or intermediates, the use of bioderived feedstocks as alternative sources to those derived from fossil fuels, has progressively increased. In this context, the conversion of bioderived furfural has gained much attention, through cascade reactions in a single reactor (one-pot). From this strategy, furfural can be converted in morer value-added platform molecules such as furfuryl alcohol (FA), levulinic acid (LA), angelica-lactones (AL), levulinate esters, and γ-valerolactone (GVL) through the Meerwein-Ponndorf-Verley (MPV) mechanism. In comparison with their current commercial production, which involves noble metal catalysts and high pressurized H2, this approach emerges as a greener procedure. To achieve that purpose, the MPV-catalysts must contain simultaneously Lewis (L) and Brønsted (B) acid sites. The necessary L/B acidic ratio can be adjusted in order to favour one particular reaction path to produce a desirable product. Therefore, acid zeolites can be modified to adequately fit these acid properties through the control of the B/L acidic ratio applying post synthesis treatments such as dealumination and tetravalent cations incorporation in aluminum (Al) vacancies. Among zeolites that can be applied to this objective, zeolite Y, already consolidated in industrial applications, is presented as a potential catalyst for furfural conversion. Thus, this work had the aim to prepare and modify acid Y zeolites, in a way that the B/L acidic ratio is controlled by the incorporation of tin (Sn) atoms by grafting in Al vacancies generated by steam dealumination. The zeolite Y samples were characterized by XRD, nitrogen physisorption, NH3-TPD, FTIR and DRS-UV/Vis. The furfural conversion was performed at 120 oC under atmospheric pressure during 24 h, and the yield and selectivity to products were obtained from data of GC-MS analyses. The results showed the occurrence of a gradual decrease of the B/L acidic ratio as the dealumination time was increased. After Sn grafting, the B/L ratio was modified as a function of the added Sn precursor during the treatment. Results from the furfural conversion over the studied Y zeolites showed selectivity values for the mentioned desired products lower than 5%, even at high conversion levels (>70). However, it was verified an increase of these selectivity values with a decrease of the L/B acidic ratio. Therefore, to increase the yield and selectivity to those desired products, must be applied deeper modifications, in the way to reach lower L/B acidic ratios than those obtained in this work.
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From this strategy, furfural can be converted in morer value-added platform molecules such as furfuryl alcohol (FA), levulinic acid (LA), angelica-lactones (AL), levulinate esters, and γ-valerolactone (GVL) through the Meerwein-Ponndorf-Verley (MPV) mechanism. In comparison with their current commercial production, which involves noble metal catalysts and high pressurized H2, this approach emerges as a greener procedure. To achieve that purpose, the MPV-catalysts must contain simultaneously Lewis (L) and Brønsted (B) acid sites. The necessary L/B acidic ratio can be adjusted in order to favour one particular reaction path to produce a desirable product. Therefore, acid zeolites can be modified to adequately fit these acid properties through the control of the B/L acidic ratio applying post synthesis treatments such as dealumination and tetravalent cations incorporation in aluminum (Al) vacancies. Among zeolites that can be applied to this objective, zeolite Y, already consolidated in industrial applications, is presented as a potential catalyst for furfural conversion. Thus, this work had the aim to prepare and modify acid Y zeolites, in a way that the B/L acidic ratio is controlled by the incorporation of tin (Sn) atoms by grafting in Al vacancies generated by steam dealumination. The zeolite Y samples were characterized by XRD, nitrogen physisorption, NH3-TPD, FTIR and DRS-UV/Vis. The furfural conversion was performed at 120 oC under atmospheric pressure during 24 h, and the yield and selectivity to products were obtained from data of GC-MS analyses. The results showed the occurrence of a gradual decrease of the B/L acidic ratio as the dealumination time was increased. After Sn grafting, the B/L ratio was modified as a function of the added Sn precursor during the treatment. Results from the furfural conversion over the studied Y zeolites showed selectivity values for the mentioned desired products lower than 5%, even at high conversion levels (>70). However, it was verified an increase of these selectivity values with a decrease of the L/B acidic ratio. Therefore, to increase the yield and selectivity to those desired products, must be applied deeper modifications, in the way to reach lower L/B acidic ratios than those obtained in this work.A busca por matérias primas bioderivadas, como fonte alternativa a derivados de combustíveis fósseis para a produção de intermediários e compostos químicos, apresenta-se cada vez mais como alvo de pesquisas na área da catálise e indústria química. Nesse contexto, a conversão de furfural bioderivado vem ganhando destaque através de reações em série em um único reator (one-pot). Dessa forma, o furfural pode ser convertido em moléculas plataforma de maior valor agregado, como o álcool furfurílico (FA), ácido levulínico (LA), angélica-lactona (AL), ésteres levulinato e γ-valerolactona (GVL), através do mecanismo de Meerwein-Ponndorf-Verley (MPV). Essa reação surge hoje como uma rota mais verde desses compostos, cuja rota de produção atual envolve catalisadores contendo metais nobres e uso de altas pressões de H2. No mecanismo MPV, os catalisadores devem possuir simultaneamente sítios ácidos de Lewis (L) e de Brønsted (B), com a relação entre esses sítios podendo ser ajustada para favorecer uma rota de reação particular e formar o produto de interesse. Dessa forma, zeólitas ácidas podem ser projetadas para atender adequadamente essas propriedades pelo controle da relação entre sítios de L e B via tratamentos pós-síntese, como desaluminização e posterior incorporação de cátions tetravalentes nas vacâncias de alumínio. Dentre as zeólitas que podem ser aplicadas nessa reação, a zeólita Y, consolidada em aplicações industriais, se apresenta como potencial catalisador para a conversão de furfural. Assim, este trabalho teve por objetivo a preparação e modificação de zeólitas Y ácidas, de forma a controlar a relação entre sítios B e L, pela incorporação em fase líquida de átomos de estanho (Sn) na sua estrutura (grafting), em vacâncias de átomos de alumínio geradas por desaluminização hidrotérmica. As zeólitas foram caracterizadas por DRX, fisissorção de nitrogênio, TPD-NH3, FTIR e DRS-UV/Vis. A conversão de furfural foi realizada a 120 ºC, sob pressão atmosférica durante 24 h e o rendimento e a seletividade a produtos foram obtidos via análises por CG-MS. Os resultados mostraram a ocorrência de um gradual decréscimo da relação B/L, conforme se aumentou o tempo de desaluminização. Após a incorporação de Sn, essa relação foi alterada em função da carga desse elemento adicionada no tratamento. Resultados da conversão de furfural sobre as zeólitas Y estudadas mostraram seletividades inferiores a 5% aos compostos de interesse, mesmo em valores altos de conversão (>70%), entretanto, verificou-se uma tendência de aumento desses valores com a diminuição da relação de sítios ácidos B/L. Assim, para se aumentar os níveis de rendimento e seletividade aos produtos mencionados, devem se aprofundar as modificações aplicadas de forma a obter zeólitas Y com relações de sítios ácidos B/L, inferiores às obtidas neste trabalho.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)CNPq: 130313/2020-3porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessFurfuralZeólita YDesaluminizaçãoIncorporação de estanhoSítios ácidos de Lewis e BrønstedZeolite YDealuminationTin graftingLewis and Brønsted acid sitesENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::TECNOLOGIA QUIMICAControle da relação de sítios ácidos de Lewis e Brønsted pela incorporação de Sn em zeólitas Y - efeito na seletividade a produtos durante a conversão one-pot de furfuralLewis and Brønsted ratio control by Sn incorporation in zeolites Y - effect on selectivity to products during furfural one pot conversioninfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis6000fecd90c-2648-4551-9f5a-7b6c106679b1reponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALDissertação - Igor M. Rodegheri - Versão final.pdfDissertação - Igor M. Rodegheri - Versão final.pdfapplication/pdf3436217https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/14183/1/Disserta%c3%a7%c3%a3o%20-%20Igor%20M.%20Rodegheri%20-%20Vers%c3%a3o%20final.pdf8b0a36af74d6ad3506eaea2f522f209dMD51Carta Comprovante Igor em 22-04-21.pdfCarta Comprovante Igor em 22-04-21.pdfCarta comprovante da versão final da dissertaçãoapplication/pdf105746https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/14183/3/Carta%20Comprovante%20Igor%20em%2022-04-21.pdfd314d88dd6de82852dd7d2623152102aMD53CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/14183/4/license_rdfe39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD54TEXTDissertação - Igor M. Rodegheri - Versão final.pdf.txtDissertação - Igor M. 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