Estudo das propriedades estruturais, ácidas e catalíticas da zeólita ferrierita

Abstract

As preocupações atuais com o meio ambiente impulsionam a pesquisa por novas matérias primas, materiais e combustíveis que causem menos impactos. Uma possibilidade é a troca de combustíveis fósseis por biocombustíveis, dentre estes o biodiesel tem sido um grande campo de pesquisa. O presente trabalho visou a caracterização estrutural e ácida de uma zeólita ferrierita e o estudo de sua atividade catalítica na reação de isomerização do ácido oleico para obtenção de biodiesel de cadeia ramificada. Inicialmente, investigou-se a estabilidade das propriedades estruturais e ácidas da zeólita ferrierita quando submetida ao processo de desaluminização com soluções de HCl de 0,25; 0,50; 1,0; 2,0; 4,0 e 8,0 mol L-1. A caracterização das amostras foi feita utilizando-se DRX, FRX/EDX, TG/DTG/DTA, FTIR, medidas de área superficial e porosidade, adsorção gasosa de piridina e RMN no estado sólido. Os resultados mostraram que a zeólita ferrierita apresentou alta estabilidade frente à desaluminização, chegando a um valor máximo de razão Si/Al = 7,9 sem a formação de espécies de alumínio fora da rede, i.e., todas as amostras apresentaram apenas sítios ácidos de Brønsted (temperatura de dessorção entre 400 e 800 ºC). Além disso, a adsorção de piridina em diferentes temperaturas mostrou que a mudança de fase da zeólita ferrierita de Pnnm para Immm permitiu o acesso a novos sítios de Brønsted (temperatura de dessorção entre 200 e 400 ºC). A análise da isomerização do ácido oleico por RMN de 1H evidenciou a formação de espécies ramificadas (seletividade de 39,4%) e lactonas insaturadas (seletividade de 60,6%), com uma conversão total de 39,6% após 24 h. Medidas de FTIR/HATR dos produtos da reação permitiu a identificação do isômero trans do ácido oleico. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT

The today concerns about the environment are boosting the scientific research for feedstocks, materials and fuels that are less harmful. One of many possibilities is the substitution of fossil fuels for biofuels. Among then, biodiesel has been widely investigated. The present work aimed the structure and acid characterization of zeolite ferrierite and the study of its catalytic activity in the skeletal isomerization of oleic acid to obtain branched-chain biodiesel. Initially, the structural and acidic properties of zeolite ferrierite were investigated by the dealumination process with 0.25, 0.50, 1.0, 2.0, 4.0 and 8.0 mol L-1 HCl solutions. The samples were characterized by XRD, XRF/EDX, TGA/DTG/DTA, FTIR, surface area and porosity measurements, pyridine gaseous adsorption and solid state NMR. The results showed that zeolite ferrierite exhibited high stability towards dealumination, reaching a maximum value of Si/Al ratio = 7.9 without the formation of extra-framework aluminium species, i.e., all the samples presented only Brønsted acid sites (desorption temperature between 400 and 800 ºC). In addition, the adsorption of pyridine at different temperatures showed that the phase transition of zeolite ferrierite from Pnnm to Immm allowed the access to new Brønsted sites (desorption temperature between 200 and 400 ºC). The analysis of oleic acid isomerization by 1H NMR evidenced the formation of branched-chain species (39.4% selectivity) and unsaturated lactones (60.6% selectivity), with a total conversion of 39.6% after 24 h. FTIR/HATR measurements of the reaction products allowed the identification of the oleic acid trans isomer.