Avanços em catalisadores sólidos ácidos derivados de carbono na valorização de resíduos de biomassa - Ribeiro, Flaviana Campos Pamplona (Universidade Federal do Amazonas, 2023)
Materiais de carbono são precursores eficientes para produção de catalisadores ácidos sólidos com potencial para substituir catalisadores homogêneos, como o ácido sulfúrico. Após tratamento podem apresentar propriedades físico-químicas atraentes, como estabilidade térmica, propriedades elétricas, superfície ácida, área superficial elevada e volume e distribuição de poros satisfatório. Também podem originar catalisadores de baixo custo, sustentáveis e eficientes, tais quais os catalisadores produzidos nesta pesquisa. Dessa forma este trabalho tem como objetivo produzir catalisadores ácidos sustentáveis derivados de resíduos de biomassa e aplicá-los na reação de esterificação. O capítulo 1 traz uma breve revisão dos materiais de carbono, assim como suas aplicações. Aborda os principais métodos de obtenção de biocarvão e hidrocarvão e a funcionalização com ácido sulfúrico empregada na pesquisa. O capítulo 2 descreve a produção de catalisadores sulfonados derivados dos resíduos do guaraná. A carbonização/sulfonação tradicional e carbonização hidrotermal one-pot foram usadas para sintetizá-los. Foram caracterizados por difração de raios-X (DRX), microscopia eletrônica de varredura acoplada e espectroscopia de raios X por energia dispersiva (MEV-EDS), análise termogravimétrica (TGA), espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), adsorção-dessorção de N2 e titulação de Boehm. A amostra one-pot CGH10* apresentou conversão de 96% na esterificação com catalisador 5% em massa, razão molar ácido oleico/metanol 1:12 a 100 ºC por 1 h. No reuso manteve-se estável até o quarto ciclo, com 78%. Foi testado também na reação de esterificação de ácidos graxos livres (AGL) em resíduos de óleo de cozinha. Houve conversão máxima de AGL de 63% usando 5% em massa de catalisador, 2 h, razão molar óleo/metanol 1:12 e 75 °C. O capítulo 3 descreve produção de catalisadores sulfonados de esferas de carbono derivados dos resíduos do açaí, produzidos via carbonização hidrotermal com e sem uso de ácido cítrico como catalisador. Foram caracterizados por DRX, espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios-X (XPS), MEV-EDS, análise termogravimétrica e espectrometria de massas (TG-MS), FTIR e titulação de Boehm. A atividade catalítica foi testada até o quinto reuso empregando 5% de catalisador em massa, tempo de 1 h a 100 ºC e razão molar de ácido oleico/metanol de 1:12. O catalisador CS.100-1 apresentou conversão de 91-88% até o quinto uso. Os parâmetros reacionais foram otimizados, porém não houve variação significativa na conversão de ácido oleico (89-93%). Os resultados apontam que a atividade catalítica está relacionada aos grupos sulfônicos ancorados na superfície do catalisador. O uso dos resíduos de biomassa evita descarte de material em local impróprio. Além disso são catalisadores de produção rápida, de baixo valor econômico e simples com excelente atividade catalítica e reciclabilidade.