Catalisadores para desidratação oxidativa do glicerol e produção de ácido acrílico

Abstract

A produção de Biodiesel no Brasil, que em 2017 foi cerca de 4,3 bilhões de litros, tende a crescer podendo chegar em 2030 a 18 bilhões de litros. A grande questão associada à produção de biodiesel é a coprodução de glicerol, já que a razão mássica entre eles é de 9:1 no processo de transesterificação de óleos vegetais. A rota comercial para produção de ácido acrílico, que utiliza propeno como reagente, traz como desvantagem ambiental o uso de uma fração de petróleo, que é substrato não renovável. O ácido acrílico é usado atualmente como matéria prima para produção de polímeros adsorventes e tintas. A utilização alternativa de glicerol para a produção de ácido acrílico possui como vantagem competitiva o uso de uma substância atualmente disponível, de baixo custo e que pode adicionar valor à cadeia de produção do biodiesel. A reação pode ser realizada em duas etapas. Na primeira, glicerol é desidratado produzindo acroleína que em seguida é oxidada a ácido acrílico. Por sua vez, a catálise heterogênea possibilita a produção de ácido acrílico, via glicerol, através de reação em uma única etapa onde o glicerol é desidratado nos sítios ácidos do catalisador e, em seguida, a acroleína produzida migra para os sítios redox onde ocorre a reação de oxidação. Dentre os diversos materiais, as peneiras moleculares impregnadas com íons de metais de transição demostram ser uma alternativa viável enquanto catalisadores bifuncionais. Nesta tese, foi realizada uma investigação sobre as aplicações de peneiras moleculares impregnadas com metais de transição como catalisadores na desidratação oxidativa de glicerol com vistas à produção de ácido acrílico. Os resultados obtidos mostraram que o zeólito H-ZSM-5 possui características interessantes como suporte e fonte de sítios ácidos para a reação em questão. Outrossim, metais de transição como o vanádio, molibdênio e tungstênio desempenham papel importante na desidratação oxidativa do glicerol, maximizando a produção do ácido acrílico. Não menos importante são os parâmetros de processo da reação analisada, como a temperatura da reação e concentração de oxigênio, que influenciam no rendimento da reação a ácido acrílico.

The production of Biodiesel in Brazil, which in 2017 was about 4,3 billion liters, tends to grow, reaching 18 billion liters in 2030. The major issue associated with the production of biodiesel is the co-production of glycerol, since the ratio between them is 9:1 in the process of transesterification of vegetable oils. The commercial route for the production of acrylic acid, which uses propene as a reagent, has as an environmental disadvantage the use of a fraction of petroleum, which is a non renewable substrate. Acrylic acid is currently used as a raw material for the production of adsorbent polymers and paints. The alternative use of glycerol for the production of acrylic acid has as a competitive advantage the use of a currently available low cost substance that can add value to the biodiesel production chain. The reaction can be performed in two steps. In the first, glycerol is dehydrated producing acrolein which is then oxidized to acrylic acid. In turn, heterogeneous catalysis allows the production of acrylic acid, via glycerol, by reaction in a single step where the glycerol is dehydrated at the acid sites of the catalyst and then the acrolein produced migrates to the redox sites where the oxidation reaction occur. Among the various materials, molecular sieves impregnated with transition metal ions prove to be a viable alternative as bifunctional catalysts. In this thesis, an investigation was carried out on the applications of molecular sieves impregnated with transition metals as catalysts in the oxidative dehydration of glycerol with a view to the production of acrylic acid. The results showed that the zeolite H-ZSM-5 has interesting characteristics as support and sources of acid sites for the reaction in question. In addition, transition metals such as vanadium, molybdenum and tungsten play an important role in the oxidative dehydration of glycerol, maximizing the production of acrylic acid. No less important are the process parameters of the reaction analyzed, such as reaction temperature and oxygen concentration, which influence the reaction yield to acrylic acid.