Please use this identifier to cite or link to this item: https://hdl.handle.net/1822/30601

TitleAn environmental approach using niobium supported on zeolites for the catalytic acetalization of glycerol
Author(s)Ferreira, Carla Sofia da Cunha
Advisor(s)Neves, Isabel C.
Fonseca, A. M.
Bañares, M. A.
Issue date2014
Abstract(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.
TypeMaster thesis
DescriptionDissertação de mestrado em Técnicas de Caracterização e Análise Química
URIhttps://hdl.handle.net/1822/30601
AccessOpen access
Appears in Collections:BUM - Dissertações de Mestrado
CDQuim - Dissertações de Mestrado

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