Síntese e caracterização de materiais baseados em heteropolíacido para aplicação em catálise

Abstract

Neste trabalho, estudou-se a síntese e caracterização de materiais à base de zircônio ou estanho e do heteropoliácido H3PW12O40 (HPW) para aplicações em catálise na química fina. Como os heteropoliácidos são substâncias solúveis em solventes polares, foram utilizados os métodos troca iônica ou imobilização para sua heterogeneização. Para os materiais à base de zircônio (ZrPW), as diferentes rotas sintéticas consistiram na troca iônica dos prótons do HPW pelos íons [Zr4(OH)8(H2O)16]8+. Os materiais à base de estanho (SnPW) foram sintetizados a partir da impregnação do HPW em um suporte sólido (SnO2). A composição dos materiais foi determinada por análise elementar (FRX/EDX) e análise térmica (TG/DTG/DTA), evidenciando as fórmulas [Zr4(OH)8(H2O)16]2,747H2,024(PW12O40)8 para o material identificado como ZrPW1 e 34,5HPW/SnO2 para o SnPW2 200. Este último, foi preparado a partir de uma nova rota sintética, onde a impregnação do HPW e a formação de um suporte nanocristalino (SnO2) ocorreram simultaneamente. Análises de FTIR demonstraram que a estrutura primária dos heteropoliácidos (ânions de Keggin) foi mantida após as sínteses e que as interações ânion-ânion foram reduzidas. A atividade catalítica dos materiais foi avaliada em reações de esterificação do ácido acético com álcool benzílico. Para encontrar as melhores condições reacionais foi variada inicialmente a razão molar dos reagentes nas proporções 1:1, 1:2 e 2:1 (ácido:álcool). Os resultados mostraram que para o ZrPW1, o excesso de álcool (1:2) apresentou o melhor resultado de conversão (55,6%), enquanto que para o SnPW2 200 o melhor resultado (27,8%) foi obtido ao utilizar excesso de ácido (2:1). Nestes valores de razão molar foram estudadas a variação da temperatura (60, 80 e 100 °C) e a quantidade de catalisador (10, 15 e 20% m/m), sendo obtidos melhores resultados com 20% de catalisador e 100 °C de temperatura para ambos os materiais. Nas condições ideias de reação para cada catalisador foi realizado o estudo cinético dos materiais ZrPW1 e SnPW2 200, apresentando valores para a constante de velocidade da reação de 9,3 x 10-3 e 20,8 x 10-3 min-1, respectivamente. Estes resultados mostram que os materiais obtidos apresentam potencial para aplicação como catalisadores heterogêneos em química fina.