Aspectos energéticos e eletrônicos da zeólita H-ZSM-5 na ação catalítica da reação de desidratação de álcoois

Abstract

Devido a esgotamento futuro das fontes de petróleo e as preocupações ecológicas, surgiu a necessidade de utilização de insumos sustentáveis e de reações químicas que promovessem a diminuição da dependência da sociedade com essa matriz energética. A desidratação de álcoois por catálise ácida vem sendo empregada para a produção de diversos hidrocarbonetos de grande importância econômica e que eram obtidos do petróleo. Entre os catalisadores ácidos mais eficientes empregados nessa reação, a zeólita H-ZSM-5 se destaca devido a sua alta acidez, seletividade reacional, alta estabilidade térmica e propriedades catalítica. Dessa forma, o estudo da reação de desidratação de álcoois é de grande importância, tanto para o meio acadêmico quanto produtivo, principalmente no que se refere às suas etapas e à participação exata do catalisador utilizado. Assim, neste trabalho foi estudado o comportamento catalítico da zeólita H-ZSM-5 na reação de desidratação de diversos álcoois (etanol, propanol, isopropanol, butanol e iso-butanol), por meio da modelagem do processo de adsorção, protonação e desidratação desses álcoois dentro da cavidade da zeólita. Foi empregada a metodologia hibrida ONIOM para otimizar as etapas reacionais da conversão catalítica dos álcoois em hidrocarbonetos dentro da cavidade do catalisador. O estudo foi divido em 3 etapas. A primeira etapa correspondeu ao estudo da adsorção e protonação dos álcoois pela zeólita. A etapa intermediária descreveu a saída da hidroxila, enquanto que a etapa final foi a de formação da dupla ligação. A análise dos resultados indica que a primeira etapa da reação ocorre com o contato do álcool com a cavidade da zeólita, na qual o hidrogênio ácido protona os álcoois. Sendo que essa protonação ocorre de maneira distinta, dependendo da estrutura molecular do álcool. A desidratação acontece, de forma geral, via mecanismo de eliminação do tipo E2. Contudo, o perfil da curva de energia indica que para os álcoois maiores, o mecanismo é intermediário entre os mecanismos de eliminação de segunda e primeira ordem. Portanto, observamos que a zeólita converte álcoois em hidrocarbonetos de uma forma específica. Os álcoois primários de cadeia menor seguem um mecanismo reacional, enquanto que os álcoois secundários e de cadeia mais longa reagem por um mecanismo ligeiramente distinto.