ÁREA: Físico-Química
TÍTULO: SÍNTESE E CARACTERIZAÇÃO DE H3PO4-MCM-41
AUTORES: DINIZ, C. T. - UFPA, CARMO, A. C. - UFPA, CARVALHO, F. I. M.- UFPA, ZAMIAN, J. R. - UFPA, ROCHA FILHO, G.N. – UFPA, DIAS, J. A. V. – UFPA, MELO, M.C.C. - UFPA (DINIZ_TEIXEIRA@IG.COM.BR)
RESUMO: RESUMO:
A MCM-41 constitui classe de sólido mesoporoso, a do tipo M41S, amplamente utilizado como suportes em diversas reações. Sua elevada área superficial e diâmetro de poros permitem o processamento de moléculas de variados tamanhos. Como forma de otimizar tais processamentos são incorporados à sua estrutura diversas substâncias como, ácidos ou bases. Neste trabalho, foi testada a incorporação do ácido fosfórico na estrutura da MCM-41, para posteriormente poder ser utilizado como catalisador. A caracterização do catalisador suportado foi realizada por difração de Raio-X (DRX), e adsorção/dessorção de N2 (BET/BJH).
PALAVRAS CHAVES: palavras-chave: mcm-41, peneira molecular, ácido fosfórico
INTRODUÇÃO: INTRODUÇÃO:
A MCM-41 é uma peneira molecular mesoporosa da família M41S, que pode ser utilizada em catálise heterogênea, desenvolvida por cientistas da Mobil em 1992 (LIMA, 2000). Esta possui elevada estabilidade térmica, distribuição regular e unidirecional de poros hexagonais (BASTOS, et al, 2002).
A MCM-41 pode ser utilizada como suporte de fases ativas, como ácidos ou básicos, devido a sua capacidade de adsorção (BECK, et al, 1992). Os catalisadores heterogêneos possuem a vantagem de serem de fácil remoção do meio reacional e em alguns casos, podem ser reciclados (CIOLA, 1981).
Devido ao seu elevado diâmetro de poros tem ganhado grande importância na conversão de moléculas grandes possibilitando, entre outras coisas, o aumento da atividade catalítica (WANG, et al, 2004). Sua atividade já foi testada em várias reações, tais como: esterificação, hidrogenação, eterificação, hidratação, hidrólise, alquilação, isomerização (LILJA, et al, 2005). Além disso, atualmente vem sendo testada em reações de transesterificação para produção de biodiesel.
Este trabalho tem como finalidade sintetizar e caracterizar a MCM-41 em sua forma simples e impregnada com ácido fosfórico.
MATERIAL E MÉTODOS: MATERIAL E MÉTODOS:
A síntese de MCM-41 foi realizada segundo o método descrito por Qiang Cai et al (1999). Foi utilizado hidróxido de sódio (NaOH); água destilada; como fonte de silício o tetraetilortosilicato (Si(OC2H5)4) e como direcionador estrutural o brometo de hexadeciltrimetilamônio (CH3(CH2)15N(CH3)3Br). O produto obtido foi calcinado em um forno tubular a 550°C, uma hora sob fluxo de nitrogênio e quatro horas em ar comprimido, ambos a vazão de 200mL/min (amostra 1). Após a síntese do suporte foi realizada a impregnação com ácido fosfórico pelo método do ponto úmido, com concentração do ácido igual a 12% (wt %) (amostra 2), seguida de calcinação em mufla a uma temperatura de 350°C por 2 horas (amostra 3). A caracterização das amostras foi realizada por difração de raio-X para determinar a fase cristalina, realizado em um difratômetro da marca PHILIPS modelo PW 3710, utilizando-se uma faixa de varredura (2θ) de 2 a 10°. Análises de área superficial específica e porosidade por adsorção/dessorção de N2 foram determinadas em analisador QUANTACHROME modelo NOVA 1200. Realizou-se desgaseificação das amostras a 110°C e 300°C sob vácuo por duas horas.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: O difratograma de raio-x da amostra 1 mostra os picos em 2θ = 2,45° e 4,09° característicos das reflexões 100 e 110, que estão associados com a simetria hexagonal, como é tratado em trabalhos anteriores (BECK, et al, 1992). A tabela 1 mostra os valores de 2θ associados a reflexão 100 para as amostras comparados aos dados da literatura.
As isotermas de adsorção/dessorção de nitrogênio das três amostras são do tipo IV, característica típica de materiais mesoporosos como a MCM-41. Na isoterma da amostra 3 observa-se uma nítida histerese, que pode ser classificada como sendo do tipo H3, típica das classes de zeólitas e carvões ativados, onde normalmente o sólido consiste de agregados ou aglomerados de partículas formando fendas (LEOFANTI et al, 1998).
As áreas específicas, os volumes e diâmetros de poros, calculados pelo método BET/BJH são apresentados na tabela 2. A partir dos dados obtidos, verifica-se uma redução no valor das áreas superficiais específicas e dos volumes de poros, a qual é esperada devido a incorporação do ácido fosfórico a estrutura da MCM-41.
CONCLUSÕES: Através da análise dos dados apresentados verificou-se a formação da peneira molecular mesoporosa MCM-41 e após o tratamento de impregnação do ácido fosfórico, observou-se a redução das áreas específicas e volumes de poros, indicando a incorporação do ácido à estrutura da MCM-41, representada pelas modificações nas isotermas de adsorção/dessorção das amostras impregnadas.
AGRADECIMENTOS:
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA:BASTOS, F.S. et al. Síntese de peneiras moleculares mesoporosas MCM-41 em meio fluorídrico. Revista Universidade Rural, série Ciências Exatas e da Terra, vol.21, 13-22, 2002.
BECK, J.S. et al. A new family of mesoporous molecular sieves prepared with liquid crystal templates. Amarican Chemical Society, vol.114, 10834-10843, 1992.
CAI, Q. et al. The preparation of highly ordered MCM-41 with extremely low surfactant concentration. Microporous and Mesoporous Materials, vol.32, 1-15, 1999.
CIOLA, R. Fundamentos da catálise. São Paulo: Ed. Moderna, 1981. 376p.
CORMA, A. et al. Acidity and stability of MCM-41 crystalline aluminosilicates. Journal of Catalysis. Vol. 148, p. 569 – 574, 1994.
LEOFANTI, G. et al. Surface área and pore texture of catalysts. Catalysis Today. vol. 41, 207-219, 1998.
LIMA, A.R.C.Reação de esterificação do ácido palmítico com glicerol utilisando a MCM-41 como catalisador. 2000,75f. Dissertação (Mestrado em Química de catálises) - Centro de Ciências Exatas e Naturais, Universidade Federal do Pará, Belém.
LILJA, J. et al. Esterifcation of propanoic acid with ethanol, 1-propanol and butanol over a heterogeneous fiber catalyst. Chemical Engineering Journal. Vol. 115, p. 1 – 12, 2005.
WANG, S. et al. Synthesis, characterization, and catalytic properties of stable mesoporous molecular sieve MCM-41 prepared from zeolite mordenite. Journal of Solid State Chemistry, vol.177, 4800-4805, 2004.