Influência do método de preparação nas propriedades do óxido de ferro suportado

Abstract

O estireno é uma das substâncias químicas básicas mais importantes para produção de valiosos artigos como poliestireno, acrilonitrila-butadieno-estireno e estireno-butadieno-estireno. É produzido comercialmente pela desidrogenação do etilbenzeno com excesso de vapor d’água a temperaturas altas de 600-700ºC. Este processo é termodinamicamente limitado e consome energia. O uso de um oxidante, tal como oxigênio, permite superar as limitações termodinâmicas e por conseguinte operar a temperaturas mais baixas com reação exotérmica. Porém, há uma perda significantiva de seletividade a estireno, assim se buscou outro oxidante por muito tempo. O uso de gás carbônico surge como um potencial oxidante, além da conveniência do uso do gás causador do efeito estufa. Na busca de um catalisador alternativo para esta reação, neste trabalho estudou-se o efeito do método de preparação nas propriedades de óxido de ferro. As amostras foram preparadas incorporando óxido de ferro em lantânia, nióbia, titânia, magnésia e zircônia através de dois métodos: a impregnação de nitrato férrico e a deposição de nanoparticulas de óxido de ferro previamente preparadas. Os sólidos foram calcinados a 600ºC por 4 h e caracterizados por análise química, termogravimetria, análise térmica diferencial, difração de raios X, área de superfície específica e medidas de porosidade e redução a temperatura-programada. Os catalisadores foram avaliados na desidrogenação do etilbenzeno na presença de dióxido de carbono, usando um microreator que opera a 1 atm e a 600ºC e uma relação molar gás carbônico/etilbenzeno de 10. Depois dos testes, as amostras foram caracterizadas por difração de raios X e área de superfície específica. Observou-se que a concentração do óxido de ferro incorporado depende do tipo do suporte e do método de preparação. A hematita foi observada nos catalisadores novos. Durante a desidrogenação do etilbenzeno, os suportes não se alteraram, mas a hematita se transformou em magnetita. Os suportes e os catalisadores são sólidos macroporosos com pequena contribuição de mesoporos. A área específica mudou devido à adição de óxido de ferro e foi influenciada pelo método de preparação. A incorporação das nanoparticulas conduziu a um aumento da área superficial específica, indiferentemente do tipo do suporte, fato que foi atribuído ao tamanho pequeno das partículas. As áreas específicas não se alteraram durante a reação. Os sólidos mostraram diferentes resistência contra redução que se deve ao suporte e ao método de incorporação do óxido de ferro. A impregnação de nitrato férrico produziu sólidos menos redutíveis. Os suportes foram cataliticamente ativos na desidrogenação do etilbenzeno na presença de gás carbônico e também eram seletivos a estireno. A adição de compostos de ferro melhorou estas propriedades e a deposição de nanoparticulas melhoraram ainda mais. O óxido ferro suportado em magnésia, preparado pela deposição de nanoparticulas, foi o mais ativo (2,8 x 10-3 mol.g-1.h-1) e catalisador seletivo a estireno (96%) na desidrogenação do etilbenzeno na presença de gás carbônico. A atividade e a seletividade foram mais altos do que um catalisador comercial à base de óxido de ferro, cromo e potássio (a=1,2 x 10-3 mol. g-1. h-1 e S=90%) , sendo o catalisador promissor na reação.