Síntese, caracterização e aplicação catalítica do zeólito ferrierita na desidratação de glicerol à acroleína em fase gasosa

Abstract

A produção de biodiesel no Brasil é hoje uma realidade, mas para que o processo seja economicamente viável faz-se necessário o aproveitamento do glicerol obtido como coproduto. Produtos mais rentáveis podem ser obtidos por diversas rotas catalíticas. A acroleína que é um intermediário químico na produção de ácido acrílico e seus polímeros pode ser obtida pela desidratação de glicerol, em fase gasosa. Esta reação é favorecida sobre catalisadores ácidos, especialmente os zeólitos. Estes materiais são aluminossilicatos microporosos, com estrutura tridimensional e acidez que pode ser ajustada pela razão molar SiO2/Al2O3. A depender da estrutura do zeólito, de sua acidez e propriedades texturais, podem ser obtidas altas conversões e seletividades na desidratação do glicerol a acroleína, em fase gasosa, mas geralmente observa-se rápida desativação pela deposição de coque. Os melhores resultados de conversão de glicerol na literatura foram obtidos com o zeólito H-β e o H-ZSM-5. Porém, apesar do zeólito ferrierita apresentar baixa conversão e da não existência de estudos exploratórios dessa topologia na literatura Kim e colaboradores apontam melhores seletividades a acroleína para o zeólito ferrieita. O zeólito ferrierita (FER) é composto estruturalmente por canais com anéis de dez membros intersectados perpendicularmente a canais formados por anéis de oito membros. A síntese hidrotérmica estática deste zeólito pode ser realizada em meio hidróxido ou fluoreto. Ademais, diferentes composições de gel de síntese são encontradas na literatura utilizando diferentes agentes direcionadores de estrutura. Neste trabalho a síntese do zeólito ferrierita foi realizada utilizando etilenodiamina, em meio hidróxido e piridina e/ou n-butilamina para o meio fluoreto, com diferentes razões molares SiO2/Al2O3. Os materiais foram caracterizados e avaliados cataliticamente na desidratação do glicerol a acroleína em fase gasosa. A utilização de ar sintético como gás de arraste, regenera sítios ácidos coqueados nas primeiras horas de teste catalítico e, mantém a conversão de glicerol e a seletividade a acroleína praticamente constantes nas demais horas de reação. A medida que aumenta a razão SiO2/Al2O3 maior a fração de sítios ácidos moderados e melhor o desempenho catalítico. A temperatura de 300ºC foi a que conduziu melhores atividades para os zeólitos obtidos nos dois meios. A medida que se aumenta o tempo espacial, maior a seletividade a acroleína. A variação da razão H2O/glicerol indicou que, mesmo com o aumento da concentração de glicerol para 50%, se obteve resultados de conversão e seletividades próxima àquelas da solução 36,6%, o que é de extrema importância no aproveitamento de glicerol. Os catalisadores obtidos em meio fluoreto apresentaram ativos na desidratação do glicerol, mesmo apresentando menor densidade total de sítios ácidos. Além disso, estes catalisadores após teste catalítico apresentam baixa desativação e pouca percentagem de coque deposita

Biodiesel production in Brazil is a reality, but that the process is economically viable it is necessary the use of glycerol obtained as co-product. Various catalytic routes can obtain most profitable products. The acrolein, which is a chemical intermediate in the production of acrylic acid and its polymers, can be obtained by dehydration of glycerol in the gas phase. This reaction is favored over acid catalysts, especially zeolites. These materials are microporous aluminosilicates with three dimensional structure and acidity can be adjusted by the SiO2/Al2O3 molar ratio. Depending on the zeolite structure, acidity and textural properties can be obtained in high conversions and selectivities dehydration of glycerol to acrolein in the gas phase, but typically observed rapid deactivation by coking. The best conversion of glycerol results in the literature have been obtained with H-β zeolite and H-ZSM-5. However, despite the ferrierite zeolite have low conversion and lack of exploratory studies of this topology in literature Kim et al. point out best selectivities for acrolein ferrieita zeolite. The zeolite ferrierite (FER) consists structurally by channels with rings ten members intersected perpendicularly to channels formed by rings of eight members. The static hydrothermal synthesis of the zeolite can be performed in the middle hydroxide or fluoride. Furthermore, different synthesis gel compositions are found in the literature using different drivers agents structure. In this paper the synthesis of zeolite ferrierite as performed using ethylenediamine in the middle hydroxide and pyridine and/ or n- butylamine in fluoride medium with different SiO2/Al2O3 molar ratios. The materials were characterized and evaluated in the catalytic dehydration of glycerol to acrolein in the gas phase. The use of synthetic air as carrier gas, regenerates the coque in the acid sites in the early hours of catalytic test and keeping the conversion of glycerol and the selectivity to acrolein nearly constant in the remaining hours of reaction. As increases the SiO2/Al2O3 higher the fraction of moderate acid sites and the best catalytic performance. The temperature was 300°C led to the best activities for the zeolites obtained in two ways. As one increases the space time, the higher the selectivity to acrolein. The variation of the ratio H2O/glycerol indicated that even with increasing glycerol concentration for 50% conversion was obtained results and those of the next solution selectivity 36.6%, which is extremely important in the use of glycerol. The catalysts obtained in medium fluoride had assets in glycerol dehydration, even with lower total density of acid sites. Further, these catalysts after the catalytic test and deactivation have low low percentage of deposited coke.