COMPARAÇÃO DA ATIVIDADE CATALÍTICA DE H-MOR E H-FAU NA ESTERIFICAÇÃO DE ÁCIDOS CARBOXÍLICOS

GOMES, G. J.; ZALAZAR, M. FERNANDA; BITTENCOURT, P. R.; ARROYO, P. A.

Encuentro; 4 ERCAT ENCONTRO DE CATALISE REGIONAL 2; 2021

SBCAT

Explorar a aplicação de sólidos ácidos inorgânicos microporosos torna-se no presente momento um tema de grande interesse na substituição de catalisadores homogêneas em diversos processos inseridos na indústria química, tais como refino de petróleo, produção de combustíveis renováveis, química fina e remoção de contaminantes. Nesse contexto apresenta-se a aplicação de zeólitas ácidas com diferentes estruturas de poros e cavidades para explorar a reatividade desses materiais na reação de esterificação de ácidos carboxílicos. Compara-se a atividade catalítica de zeólitas tipo FAU e MOR usando diferentes técnicas de caracterização (Fisiossorção de N2, e TG, TPD-NH3), testes catalíticos conduzidos de acordo com os trabalhos anteriores[1] e cálculos teóricos baseados na Teoria do Funcional da Densidade (DFT, ONIOM a nível M06-2X/PM6) projetados racionalmente para explorar o efeito dos sistemas de canais com a capacidade de acomodar moléculas volumosas no interior dos poros. Os resultados evidenciam que a taxa de reação na zeólita H-FAU foi maior quando comparada com H-MOR. A hipótese para esse efeito observado está relacionado com a morfologia dos catalisadores. Em estrutura tipo FAU os efeitos de transporte molecular são reduzidos devido a presença de super cavidades (diâmetro 1.3 nm) e a estrutura tridimensional. Por outro lado, zeólitas tipo MOR são estruturas mono-direcionais com elevada densidade de sítios ativos, o que implica em uma maior resistência no transporte molecular e consequentemente no bloqueio dos poros. Foi demostrado recentemente que a presença de sítios ácidos fortes em H-MOR causa uma maior afinidade dos ácidos carboxílicos com a superfície do catalisador, resultando em uma maior energia de ativação na reação esterificação[2]. Dentro desse contexto pode-se também correlacionar a taxa de reação com a hidrofobicidade dos catalisadores uma vez quem a razão de Si/Al de H-FAU é maior (Si/Al=80) quando comparada com H-MOR (Si/Al=20). Os cálculos de DFT para a etapa de adsorção mostraram que a estabilização da molécula de ácido oleico em H-FAU é energeticamente mais favorável. Contudo em H-MOR o ácido pode ser adsorvido no interior dos poros, porém com uma mobilidade restringida pela rede cristalina do aluminosilicato (H-MOR). Esse efeito sugere que a menor velocidade de reação observada na cinética experimental esta relacionada com a limitação da acessibilidade do ácido oleico migrar para o interior dos poros. Assim essa situação favorece com que a reação ocorra facilmente na boca dos poros em H-MOR. Todavia a eficiência catalítica de diferentes sistemas zeolíticos possui uma complexa relação entre a morfologia e atividade catalítica que, todavia, geram questões de debate na transformação de moléculas plataforma para diferentes aplicações na indústria química.[1] G.J. Gomes, M.F. Zalazar, P.A. Arroyo, et al. ChemistrySelect 4(11) (2019) 3031-3041.[2] O. Mowla, E. Kennedy, M. Stockenhuber. Renewable Energy 135 (2019) 417-425.