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https://hdl.handle.net/1822/30601
Título: | An environmental approach using niobium supported on zeolites for the catalytic acetalization of glycerol |
Autor(es): | Ferreira, Carla Sofia da Cunha |
Orientador(es): | Neves, Isabel C. Fonseca, A. M. Bañares, M. A. |
Data: | 2014 |
Resumo(s): | Glycerol is produced at a large amount as a by-product or waste stream from
biodiesel production. Due to the high growth of biodiesel production, the oversupply of
glycerol has become an economic drawback for the development of biofuel itself. Despite
of the wide applications of pure glycerol, it is imperative its conversion into value added
chemicals.
This work reports the results of the acetalization of glycerol with acetone to give
solketal, an oxygenated compound useful as chemical and fuel additive for gasoline, diesel
and biodiesel over a series of niobium-containing zeolites. NaY, HY, HUSY and HZSM5
were used as the parent zeolites with different amounts of Nb2O5 (Nbx-ZEO, x=5, 10 and
15 wt%), prepared by impregnation method. Selected catalysts were characterized by
morphological and structural analyzes: N2 adsorption isotherms, chemical analysis (ICPOES),
Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray photoelectron spectroscopy
(XPS), X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and
thermogravimetric analysis (TGA). The results obtained in the characterization of the
heterogeneous catalysts show that the impregnation of the Nb(V) improve the catalytic
properties of the materials. The hydrophilic behavior of the parent zeolites: NaY > HY >
HUSY > HZSM5 was verified during the reaction.
The catalysts were evaluated on the acetalization of glycerol with acetone in a batch
reactor using a molar ratio 1:2. The influence of type of catalyst, different reaction
temperatures (70 ºC, 40 ºC and room temperature) and catalyst amount were investigated
in the selected heterogeneous catalysts. The progress of the reaction was monitored
following the variation in intensity of characteristic Raman bands and the quantification
was performed by gas chromatography analysis. All parent zeolites and series of Nbx-NaY
and Nbx-HY were not active in the conditions tested. When the reaction is performed with
Nbx-HUSY and Nbx-HZSM5 catalysts, the results showed good conversion of glycerol into
solketal. The best results were obtained with 2 wt% of Nb15-HZSM5 catalyst at 70 ºC with
74 % conversion and 98 % selectivity. However, highly efficient conversion of glycerol to
solketal over the Nbx-HUSY/HZSM5 catalysts could be achieved with 10 % of Nb at 40
ºC with highest selectivity (98 %) with 2 wt% of catalyst, showing that our catalysts can be
used in moderate temperatures. O glicerol é produzido em grande quantidade como subproduto ou resíduo da produção do biodiesel. O elevado aumento da produção de biodiesel, resulta no excesso da oferta de glicerol tornando-se uma desvantagem económica para o desenvolvimento do próprio biocombustível. Apesar das amplas aplicações do glicerol puro, é importante a sua transformação em produtos químicos de valor acrescentado. Este trabalho apresenta os resultados da acetalização do glicerol com acetona na transformação do solketal, um composto oxigenado muito utilizado aditivo para gasolina, diesel e biodiesel, através da utilização de catalisadores funcionalizados com nióbio. NaY, HY, HUSY HZSM5 foram utilizados como suportes para os catalisadores heterogéneos com diferentes quantidades de Nb2O5 (Nbx-ZEO, x = 5, 10 e 15% em peso), preparados pelo método de impregnação. Os catalisadores heterogéneos selecionados foram caracterizados por diferentes análises morfológicas e estruturais: isotérmicas de adsorção de N2, análise química (ICP-OES), espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), espectroscopia fotoelectrónica de raios-X (XPS), difração de raios-X (XRD), microscopia eletrónica de varrimento (SEM) e análise termogravimétrica (TGA). Os resultados obtidos na caracterização dos catalisadores heterogéneos mostram que a impregnação de Nb(V) melhora as propriedades catalíticas dos suportes. O comportamento hidrofílico dos zeólitos foi estudado durante a reação: NaY> HY> HUSY> HZSM5. A acetalização de glicerol com acetona, usando uma proporção molar de 1:2, foi realizada num reactor fechado. Os parâmetros reacionais, tipo de catalisador, temperaturas de reação (70 ºC, 40 ºC e temperatura ambiente) e quantidade de catalisador, foram estudados nos catalisadores heterogéneos selecionados. O progresso da reacção foi monitorizado seguindo a variação na intensidade das bandas de Raman características e a quantificação foi realizada por análise de cromatografia em fase gasosa. Os zeólitos NaY, HY e as séries de Nbx-NaY e Nbx-HY não apresentaram actividade nas condições testadas. Quando a reação é realizada com os catalisadores Nbx-HUSY e Nbx-HZSM5, os resultados apresentaram uma boa conversão do glicerol em solketal. Os melhores resultados foram obtidos com o catalisador Nb15-HZSM5 a 70 ºC, com 2% em peso, verificando-se uma conversão de 74 % e 98 % de selectividade. No entanto, a 40 ºC os catalisadores Nb10- HUSY/HZSM5 apresentaram boas conversões do glicerol com alta selectividade (98 %) em solketal, demostrando que estes catalisadores podem ser utilizados em condições suaves. |
Tipo: | Dissertação de mestrado |
Descrição: | Dissertação de mestrado em Técnicas de Caracterização e Análise Química |
URI: | https://hdl.handle.net/1822/30601 |
Acesso: | Acesso aberto |
Aparece nas coleções: | BUM - Dissertações de Mestrado CDQuim - Dissertações de Mestrado |
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