Catalisadores para a conversão de glicerol a ácido acrílico em um e dois leitos

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Bezerra, Franciel Aureliano
Data de Publicação: 2018
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFU
Texto Completo: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/27678
http://dx.doi.org/10.14393/ufu.te.2019.16
Resumo: With the growth of biodiesel production, surplus of glycerol has been obtained, which needs to have an application to valorize and make feasible the production of this renewable fuel. In order to obtain an application to glycerol, in this work the process of oxidative dehydration of glycerol was studied. The first part of the work consisted of a thermodynamic study, using the commercial software UniSim. As result, it has been shown that the acrylic acid formation is not thermodynamically favorable, but reactive conditions such as 300 °C and atmospheric pressure and catalysts with medium acidity and oxidative properties may be indicated, which avoid decomposition reactions and successive oxidations of glycerol. In the second part, the oxidative dehydration of glycerol with vanadium and/or molybdenum oxides supported on alumina was studied. The addition of the metal oxides increased the catalytic activity and minimized the deactivation of the catalysts. Furthermore, the activation energy was calculated for the material containing vanadium and molybdenum (Ea = 57.1 kJ mol-1) and this catalyst showed the highest selectivity for acrolein, 75 %, with high space time (W/F = 840 s). Although there was no high selectivity for acrylic acid, it is observed that the material containing molybdenum and vanadium has the most promising performance. Finally, this reaction was studied using tungsten bronze oxides, modified with niobium, vanadium and molybdenum, prepared by the co-precipitation method. The results showed that the insertion of niobium increased the selectivity for acrolein, while the material containing vanadium showed the highest formation for acrylic acid. The reaction was also carried out in a double bed, containing an acid catalyst (W0,8Nb0,2) and an oxidative (W0,8V0,2), with an increase from 18 to 25 % in the selectivity to acrylic acid, in relation to the bed system single. The reaction with the molybdenum bronze (MoVNbTe) in the oxidant bed resulted in 62 % of selectivity for acrylic acid, with low formation for heavy compounds and COx, but the reaction using only the M1 material presents a great formation of COx, resulting from oxidations sequences.
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As result, it has been shown that the acrylic acid formation is not thermodynamically favorable, but reactive conditions such as 300 °C and atmospheric pressure and catalysts with medium acidity and oxidative properties may be indicated, which avoid decomposition reactions and successive oxidations of glycerol. In the second part, the oxidative dehydration of glycerol with vanadium and/or molybdenum oxides supported on alumina was studied. The addition of the metal oxides increased the catalytic activity and minimized the deactivation of the catalysts. Furthermore, the activation energy was calculated for the material containing vanadium and molybdenum (Ea = 57.1 kJ mol-1) and this catalyst showed the highest selectivity for acrolein, 75 %, with high space time (W/F = 840 s). Although there was no high selectivity for acrylic acid, it is observed that the material containing molybdenum and vanadium has the most promising performance. Finally, this reaction was studied using tungsten bronze oxides, modified with niobium, vanadium and molybdenum, prepared by the co-precipitation method. The results showed that the insertion of niobium increased the selectivity for acrolein, while the material containing vanadium showed the highest formation for acrylic acid. The reaction was also carried out in a double bed, containing an acid catalyst (W0,8Nb0,2) and an oxidative (W0,8V0,2), with an increase from 18 to 25 % in the selectivity to acrylic acid, in relation to the bed system single. The reaction with the molybdenum bronze (MoVNbTe) in the oxidant bed resulted in 62 % of selectivity for acrylic acid, with low formation for heavy compounds and COx, but the reaction using only the M1 material presents a great formation of COx, resulting from oxidations sequences.CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorTese (Doutorado)Com o crescimento da produção de biodiesel, um enorme excedente de glicerol tem sido obtido, que necessita ter uma aplicação para valorizar e viabilizar a produção desse combustível renovável. Em vista de buscar uma aplicação ao glicerol, nesse trabalho foi estudado o processo de desidratação oxidativa de glicerol. A primeira parte do trabalho consistiu de um estudo termodinâmico, empregando o software comercial UniSim. Como resultado, demonstrou que a rota de formação de ácido acrílico não é termodinamicamente favorável, porém podem ser indicadas condições reacionais favoráveis a essa reação, tais como 300 °C e pressão atmosférica, e catalisadores com propriedades de acidez e poder oxidativo medianos, que evitam reações de decomposição e de oxidações sucessivas do glicerol. Na segunda parte, foi estudada a desidratação oxidativa do glicerol com óxidos de vanádio e/ou molibdênio suportados em alumina. A adição dos óxidos metálicos aumentou a atividade catalítica e minimizou a desativação dos catalisadores. Além disso, a energia de ativação foi calculada para o material contendo vanádio e molibdênio (Ea = 57,1 kJ mol-1) e este catalisador apresentou a maior seletividade para acroleína, 75 %, com tempo espacial elevado (W/F = 840 s). Apesar de não ter havido seletividade elevada para ácido acrílico, observa-se que o material contendo molibdênio e vanádio tem o desempenho mais promissor. Finalmente, esta reação foi estudada empregando óxidos bronze de tungstênio, modificados com nióbio, vanádio e molibdênio, preparados através do método de co-precipitação. Os resultados mostraram que a inserção de nióbio aumentou a seletividade para acroleína, enquanto o material contendo vanádio apresentou a maior formação para ácido acrílico. A reação também foi realizada em leito duplo, contendo um catalisador ácido (W0,8Nb0,2) e um oxidativo (W0,8V0,2), havendo aumento de 18 para 25 % na seletividade para ácido acrílico, em relação ao sistema de leito único. A reação com o bronze de molibdênio (MoVNbTe) no leito oxidante, resultou em 62 % de seletividade para ácido acrílico, com baixa formação para compostos pesados e COx, porém a reação usando apenas o material M1 apresenta grande formação de COx, resultante de oxidações sequenciais.Universidade Federal de UberlândiaBrasilPrograma de Pós-graduação em BiocombustíveisSoares, Ricardo Reishttp://lattes.cnpq.br/4171117118174815Pergher, Sibele Berenice CastellãFabris, José DomingosPontes, Luiz Antônio MagalhãesRossa, ViniciusBezerra, Franciel Aureliano2019-12-13T20:32:05Z2019-12-13T20:32:05Z2018-12-18info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfBEZERRA, Franciel Aureliano. Catalisadores para a conversão de glicerol a ácido acrílico em um e dois leitos. 2018. 130 f. Tese (Doutorado em Biocombustíveis) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2018. DOI http://dx.doi.org/10.14393/ufu.te.2019.16.https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/27678http://dx.doi.org/10.14393/ufu.te.2019.16porhttp://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFUinstname:Universidade Federal de Uberlândia (UFU)instacron:UFU2019-12-14T06:11:55Zoai:repositorio.ufu.br:123456789/27678Repositório InstitucionalONGhttp://repositorio.ufu.br/oai/requestdiinf@dirbi.ufu.bropendoar:2019-12-14T06:11:55Repositório Institucional da UFU - Universidade Federal de Uberlândia (UFU)false
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description With the growth of biodiesel production, surplus of glycerol has been obtained, which needs to have an application to valorize and make feasible the production of this renewable fuel. In order to obtain an application to glycerol, in this work the process of oxidative dehydration of glycerol was studied. The first part of the work consisted of a thermodynamic study, using the commercial software UniSim. As result, it has been shown that the acrylic acid formation is not thermodynamically favorable, but reactive conditions such as 300 °C and atmospheric pressure and catalysts with medium acidity and oxidative properties may be indicated, which avoid decomposition reactions and successive oxidations of glycerol. In the second part, the oxidative dehydration of glycerol with vanadium and/or molybdenum oxides supported on alumina was studied. The addition of the metal oxides increased the catalytic activity and minimized the deactivation of the catalysts. Furthermore, the activation energy was calculated for the material containing vanadium and molybdenum (Ea = 57.1 kJ mol-1) and this catalyst showed the highest selectivity for acrolein, 75 %, with high space time (W/F = 840 s). Although there was no high selectivity for acrylic acid, it is observed that the material containing molybdenum and vanadium has the most promising performance. Finally, this reaction was studied using tungsten bronze oxides, modified with niobium, vanadium and molybdenum, prepared by the co-precipitation method. The results showed that the insertion of niobium increased the selectivity for acrolein, while the material containing vanadium showed the highest formation for acrylic acid. The reaction was also carried out in a double bed, containing an acid catalyst (W0,8Nb0,2) and an oxidative (W0,8V0,2), with an increase from 18 to 25 % in the selectivity to acrylic acid, in relation to the bed system single. The reaction with the molybdenum bronze (MoVNbTe) in the oxidant bed resulted in 62 % of selectivity for acrylic acid, with low formation for heavy compounds and COx, but the reaction using only the M1 material presents a great formation of COx, resulting from oxidations sequences.
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