Orientador: Gustavo Paim Valença

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química

Resumo: Combustíveis renováveis têm conquistado um papel importante no contexto ambiental e socioeconômico mundial. O bio-óleo possui grande potencial para ser usado como bicombustível, mas devido ao elevado teor de oxigênio é necessário refinar o bio-óleo por desoxigenação catalítica. Esse trabalho...

Resumo: Combustíveis renováveis têm conquistado um papel importante no contexto ambiental e socioeconômico mundial. O bio-óleo possui grande potencial para ser usado como bicombustível, mas devido ao elevado teor de oxigênio é necessário refinar o bio-óleo por desoxigenação catalítica. Esse trabalho se propôs a investigar a aplicação do catalisador hidroxiapatita (HAP) na conversão catalítica de moléculas plataforma do bio-óleo (etanol, acetato de etila e acetona). O catalisador foi sintetizado pelo método de precipitação química em meio básico. Após calcinação, o sólido foi caracterizado pelas seguintes análises: difração de raios X (XRD), espectroscopia de infravermelho (FT-IR), adsorção de N2 a 77 K e dessorção a temperatura programada (TPD) de CO2 e NH3. A análise físico-química indicou a formação de HAP e a presença de sítios ácidos e básicos capazes de atuar como um catalisador bifuncional. Os testes catalíticos foram realizados em reator de leito fixo, a 250, 300 e 350 °C, concentrações de reagente de 109, 145 e 180 mmHg e fluxo de gás de arraste (N2) de 60 mL min-1. Os produtos da reação foram identificados por cromatógrafo a gás acoplado a detector do tipo FID. As reações foram conduzidas de modo a apresentar conversões abaixo de 10 %, de forma que fosse possível considerar o reator de leito fixo como reator diferencial. Foram identificados produtos C2 a C6 na conversão de etanol. A HAP foi eficiente para reação de acoplamento de etanol via mecanismo de Guerbet, por meio de reações de condensação aldólica, desidrogenação e desidratação. Já nas reações de acetato de etila, foram identificados etanol, etileno, propeno, 2-propanol e acetona como produtos. Na conversão de acetato de etila sobre HAP foi observado que ocorrem reações em série e paralelo por meio de desidratação e descarboxilação. Por fim, na conversão de acetona foram identificados óxido de mesitila (MO), DAA (diacetona álcool), MIBK (metil isobutil cetona) e outros produtos pesados. Verificou-se que reações de acoplamento e desidratação ocorrem na conversão de catalítica de acetona sobre HAP. A temperatura de reação e a relação de sítios ácidos e básicos fracos e médios do catalisador é um fator determinante para seletividade dos produtos. A HAP pode ser considerada um catalisador potencial para reações de desoxigenação como desidratação, desoxigenação e descarboxilação

Abstract: Renewable fuels have been playing an important role in the global environmental and socio-economic context. Bio-oil has great potential to be used as bio-fuel, but due to the high oxygen content it is necessary a bio-oil upgrading to biofuel by catalytic deoxygenation. The aim of this work...

Abstract: Renewable fuels have been playing an important role in the global environmental and socio-economic context. Bio-oil has great potential to be used as bio-fuel, but due to the high oxygen content it is necessary a bio-oil upgrading to biofuel by catalytic deoxygenation. The aim of this work is investigate the application of hydroxyapatite (HAP) in the catalytic conversion of bio-oil platform molecules (ethanol, ethyl acetate and acetone). The catalyst was synthesized by basic precipitation method. The catalyst was synthesized by precipitation method. After heat treatment, the solid was characterized by X-ray diffraction (XRD), infrared spectroscopy (FT-IR), N2 adsorption at 77 K and programmed temperature desorption (TPD) of CO2 and NH3. The physical chemical analysis indicated the formation of HAP and the presence of acid and basic surface sites being able to act as a bifunctional catalyst. The catalytic tests were performed in a fixed bed reactor at 250, 300 and 350 °C, reactant pressures of 109, 145 and 180 mmHg and carrier gas flow (N2) of 60 mL min-1. The reaction products were identified by a GC-FID. The reactions were conducted in order to present conversions below 10%, so that it was possible to consider the fixed bed reactor as a differential reactor. Products C2 to C6 were identified at ethanol conversion. HAP was efficient for ethanol coupling reaction via Guerbet reaction, through aldol condensation, dehydrogenation and dehydration reactions. In addition, ethanol, ethylene, propene, 2-propanol and acetone were identified as products for ethyl acetate conversion. In the conversion of ethyl acetate over HAP, series and parallel reactions occur through dehydration and decarboxylation. Finally, in the conversion of acetone mesityl oxide (MO), DAA (diacetone alcohol), MIBK (methyl isobutyl ketone) and other heavy products were identified. It has been found that acetone coupling and dehydration reactions occur in the conversion of acetone over HAP. The reaction temperature and the ratio of weak acid and base sites of the catalyst is a determining factor for product selectivity. HAP can be considered a potential catalyst for deoxygenation reactions such as dehydration and decarboxylation

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