Transesterificação heterogênea catalisada por sílicas contendo sítios básicos e cátions cetilvinilimidazólio

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Eid, Janaina Guedes
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSCAR
Texto Completo: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/17129
Resumo: Homogeneous catalysis is the most used process in the production of biodiesel, although this process has several disadvantages such as: the catalyst cannot be easily reused and requires parallel processes for separation and neutralization. Thus, mesoporous molecular sieves stand out as heterogeneous catalysts, due to their physicochemical properties and have been preferentially studied as catalysts. Among the mesoporous molecular sieves, the family called M41S can be highlighted, with emphasis on MCM-41. MCM-41 hybrid silicas, containing cationic surfactants in their mesopores, have very strong basic sites, capable of promoting transesterification reactions. However, these materials have low catalytic stability, which hinders their reuse. Thus, this work aimed to evaluate the stability of MCM-41 hybrid silicas synthesized with a polymerizable surfactant, 1 cetyl 3 vinylimidazolium bromide (CVIMBr). The CVIMBr surfactant was synthesized by the quaternization reaction between 1-vinylimidazole and 1 bromohexadecane. The CVIM-MCM-41 hybrid silicas were synthesized, polymerized using ultraviolet irradiation, and evaluated in catalysis of the model transesterification reaction of ethyl acetate with methanol. The characterization results confirmed the formation of the CVIMBr surfactant. XRD analysis of hybrid silicas, containing CVIM+ cations, showed that the materials presented a typical structure of MCM 41. The CVIM MCM-41 and CTA-MCM-41 hybrid silicas were evaluated in catalysis of the model transesterification reaction of ethyl acetate with methanol. CVIM-MCM-41 showed lower catalytic activity but showed greater catalytic stability up to five successive uses. As the silica containing CTA+ cations showed good catalytic activity, and the silicas containing CVIM+ cations showed an improvement in stability, silicas were synthesized with different proportions of the CTABr and CVIMBr surfactants, in order to achieve a high catalytic activity and maintain stability. Thus, the catalytic activity of these silicas decreases with the content of CVIM+ cations and catalytic stability was reached when the hybrid silica was synthesized with 30% of the CVIM+ cations and 70% of the CTA+ cations.
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Among the mesoporous molecular sieves, the family called M41S can be highlighted, with emphasis on MCM-41. MCM-41 hybrid silicas, containing cationic surfactants in their mesopores, have very strong basic sites, capable of promoting transesterification reactions. However, these materials have low catalytic stability, which hinders their reuse. Thus, this work aimed to evaluate the stability of MCM-41 hybrid silicas synthesized with a polymerizable surfactant, 1 cetyl 3 vinylimidazolium bromide (CVIMBr). The CVIMBr surfactant was synthesized by the quaternization reaction between 1-vinylimidazole and 1 bromohexadecane. The CVIM-MCM-41 hybrid silicas were synthesized, polymerized using ultraviolet irradiation, and evaluated in catalysis of the model transesterification reaction of ethyl acetate with methanol. The characterization results confirmed the formation of the CVIMBr surfactant. XRD analysis of hybrid silicas, containing CVIM+ cations, showed that the materials presented a typical structure of MCM 41. The CVIM MCM-41 and CTA-MCM-41 hybrid silicas were evaluated in catalysis of the model transesterification reaction of ethyl acetate with methanol. CVIM-MCM-41 showed lower catalytic activity but showed greater catalytic stability up to five successive uses. As the silica containing CTA+ cations showed good catalytic activity, and the silicas containing CVIM+ cations showed an improvement in stability, silicas were synthesized with different proportions of the CTABr and CVIMBr surfactants, in order to achieve a high catalytic activity and maintain stability. Thus, the catalytic activity of these silicas decreases with the content of CVIM+ cations and catalytic stability was reached when the hybrid silica was synthesized with 30% of the CVIM+ cations and 70% of the CTA+ cations.A catálise homogênea é a mais empregada na produção de biodiesel, esse processo apresenta várias desvantagens como: o catalisador não pode ser reutilizado facilmente e exige processos em paralelo para separação e neutralização. Dessa forma, peneiras moleculares mesoporosas destacam-se, como catalisadores heterogêneos, devido às suas propriedades físico-químicas e vêm sendo preferencialmente estudadas como catalisadores. Dentre elas, pode-se destacar a família denominada M41S, com destaque à MCM-41. As sílicas híbridas do tipo MCM-41, contendo surfactantes catiônicos nos seus mesoporos, possuem sítios básicos muito fortes, capazes de promover reações de transesterificação. Entretanto, esses materiais possuem baixa estabilidade catalítica, o que dificulta que sejam usados sucessivas vezes. Dessa forma, esse trabalho teve como objetivo avaliar a estabilidade da sílica híbrida MCM-41 sintetizada com um surfactante polimerizável, o brometo de 1 cetil 3 vinilimidazólio (CVIMBr). O surfactante CVIMBr foi sintetizado a partir da quaternização entre o 1-vinilimidazol e o 1 bromohexadecano. As sílicas híbridas CVIM MCM 41 foram sintetizadas, submetidas a tratamento com radiação ultravioleta para sua polimerização, e avaliadas cataliticamente na reação modelo de transesterificação do monoéster acetato de etila com o metanol. Os resultados de caracterização comprovaram a formação do surfactante CVIMBr. A análise de DRX das sílicas híbridas CVIM MCM-41, apresentou que a sílica híbrida típica da estrutura MCM 41 foi formada. As sílicas híbridas CVIM-MCM-41 e CTA-MCM-41 foram testadas na reação modelo de transesterificação de monoéster. As sílicas híbridas CVIM MCM 41 apresentaram atividade catalítica menor que a sílica híbrida CTA MCM-41, porém apresentaram maior estabilidade catalítica até cinco usos sucessivos. Como a sílica com o cátion CTA+ apresentou uma boa atividade catalítica, mas baixa estabilidade, e a com o cátion CVIM+ demonstrou uma melhoria na estabilidade, mas baixa atividade, foram sintetizadas sílicas com diferentes proporções dos surfactantes CTABr (brometo de cetiltrimetilamônio) e CVIMBr com intuito de conseguir conciliar uma elevada atividade catalítica e manter a estabilidade, desta forma, a atividade catalítica destas sílicas diminuem com o teor do cátion CVIM+ e atingiu se uma estabilidade catalítica quando a sílica hibrida foi sintetizada com 30% do cátion CVIM+ e 70% do cátion CTA+.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)88887.335019/2019-00porUniversidade 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/openAccessEstabilidade catalíticaPolimerizaçãoReação modelo de transesterificaçãoSílicas híbridas MCM-41Surfactante CVIMBrCatalytic stabilityPolymerizationModel transesterification reactionMCM-41 hybrid silicasCVIMBr surfactantENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICAENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::TECNOLOGIA QUIMICACIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA ORGANICA::SINTESE ORGANICATransesterificação heterogênea catalisada por sílicas contendo sítios básicos e cátions cetilvinilimidazólioHeterogeneous transesterification catalyzed by silicas containing basic sites and cetylvinylimidazole cationsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesis60060045193456-2aac-47ce-8120-3995d1ca2a46reponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALTese de doutorado_ Janaina Guedes Eid_Final_A.pdfTese de doutorado_ Janaina Guedes Eid_Final_A.pdfTese de doutoradoapplication/pdf2773267https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/17129/4/Tese%20de%20doutorado_%20Janaina%20Guedes%20Eid_Final_A.pdf7e6babbcb3000df8a0700abe29d0b348MD54Carta comprovante da versão final de tese_Janaina Guedes Eid.pdfCarta comprovante da versão final de tese_Janaina Guedes Eid.pdfCarta comprovante da versão final de teseapplication/pdf158158https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/17129/2/Carta%20comprovante%20da%20vers%c3%a3o%20final%20de%20tese_Janaina%20Guedes%20Eid.pdf1755eed2985790eb3c00e04632a5542aMD52CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/17129/5/license_rdfe39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD55TEXTTese de doutorado_ Janaina Guedes Eid_Final_A.pdf.txtTese de doutorado_ Janaina Guedes Eid_Final_A.pdf.txtExtracted texttext/plain119173https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/17129/6/Tese%20de%20doutorado_%20Janaina%20Guedes%20Eid_Final_A.pdf.txt522afdd31a3100a10b6ed0d7921ab89dMD56Carta comprovante da versão final de tese_Janaina Guedes Eid.pdf.txtCarta comprovante da versão final de tese_Janaina Guedes Eid.pdf.txtExtracted texttext/plain1418https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/17129/8/Carta%20comprovante%20da%20vers%c3%a3o%20final%20de%20tese_Janaina%20Guedes%20Eid.pdf.txt7b430ae6fc17f372a2ceead0aed8ea26MD58THUMBNAILTese de doutorado_ Janaina Guedes Eid_Final_A.pdf.jpgTese de doutorado_ Janaina Guedes Eid_Final_A.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg8446https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/17129/7/Tese%20de%20doutorado_%20Janaina%20Guedes%20Eid_Final_A.pdf.jpg3abff23aa990737dfdb16ac185a3becbMD57Carta comprovante da versão final de tese_Janaina Guedes Eid.pdf.jpgCarta comprovante da versão final de tese_Janaina Guedes Eid.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg11780https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/17129/9/Carta%20comprovante%20da%20vers%c3%a3o%20final%20de%20tese_Janaina%20Guedes%20Eid.pdf.jpgaf89e140d73f6dbb0a1599220123219cMD59ufscar/171292023-09-18 18:32:32.6oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/17129Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222023-09-18T18:32:32Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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description Homogeneous catalysis is the most used process in the production of biodiesel, although this process has several disadvantages such as: the catalyst cannot be easily reused and requires parallel processes for separation and neutralization. Thus, mesoporous molecular sieves stand out as heterogeneous catalysts, due to their physicochemical properties and have been preferentially studied as catalysts. Among the mesoporous molecular sieves, the family called M41S can be highlighted, with emphasis on MCM-41. MCM-41 hybrid silicas, containing cationic surfactants in their mesopores, have very strong basic sites, capable of promoting transesterification reactions. However, these materials have low catalytic stability, which hinders their reuse. Thus, this work aimed to evaluate the stability of MCM-41 hybrid silicas synthesized with a polymerizable surfactant, 1 cetyl 3 vinylimidazolium bromide (CVIMBr). The CVIMBr surfactant was synthesized by the quaternization reaction between 1-vinylimidazole and 1 bromohexadecane. The CVIM-MCM-41 hybrid silicas were synthesized, polymerized using ultraviolet irradiation, and evaluated in catalysis of the model transesterification reaction of ethyl acetate with methanol. The characterization results confirmed the formation of the CVIMBr surfactant. XRD analysis of hybrid silicas, containing CVIM+ cations, showed that the materials presented a typical structure of MCM 41. The CVIM MCM-41 and CTA-MCM-41 hybrid silicas were evaluated in catalysis of the model transesterification reaction of ethyl acetate with methanol. CVIM-MCM-41 showed lower catalytic activity but showed greater catalytic stability up to five successive uses. As the silica containing CTA+ cations showed good catalytic activity, and the silicas containing CVIM+ cations showed an improvement in stability, silicas were synthesized with different proportions of the CTABr and CVIMBr surfactants, in order to achieve a high catalytic activity and maintain stability. Thus, the catalytic activity of these silicas decreases with the content of CVIM+ cations and catalytic stability was reached when the hybrid silica was synthesized with 30% of the CVIM+ cations and 70% of the CTA+ cations.
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