Dissertação
Hidrogenação de ácido levulínico a gama-valerolactona empregando fosfetos de metais de transição suportados em sílica
Autor
Albuquerque, Flávia Pereira de
Institución
Resumen
The following silica supported phosphides with loading of 30 wt% were prepared, characterized and evaluated for levulinic acid hydrogenation to γ- valerolactone: Ni2P, CoP, MoP, WP and Fe2P. The catalysts were prepared in two steps: phosphate synthesis by incipient wetness followed by calcination, and phosphide synthesis by in situ temperature programmed reduction. The samples were characterized by N2 physisorption at -196 ˚C, X-Ray diffraction, inductively coupled plasma optical emission spectrometry, CO chemisorption and temperature programed CO desorption. Temperature programed surface reaction experiments were also performed with 30 wt% Ni2P/SiO2. The catalytic evaluation were performed in a three phase trickle bed reactor, using H2 as hydrogen source and water as solvent, at 30 bar, 125 ˚C and weight hourly space velocity of 15 h -1 . In such conditions, theoretical calculations showed the absence of mass-transfer limitations. Among the evaluated phosphides, the best performance was obtained by 30 wt% Ni2P/SiO2 (conversion of 60%), based on the same weight of catalyst precursor loaded in the reactor, exhibiting a turnover frequency higher than the most effective catalyst for this reaction, 5% (m/m) Ru/C, to date. However, the supported phosphides suffered deactivation due to leaching of the active phase caused by water and increased by the presence of levulinic acid. Cinco diferentes fosfetos suportados em sílica com teor de 30% em massa foram sintetizados, caracterizados e avaliados na reação de hidrogenação de ácido levulínico a γ-valerolactona, a saber: Ni2P, CoP, MoP, WP e Fe2P. Os catalisadores foram preparados em duas etapas: síntese do fosfato, por impregnação ao ponto úmido seguida de calcinação, e síntese do fosfeto por redução à temperatura programada in situ. As amostras foram caracterizadas por fisissorção de N2 a -196 ˚C, difração de Raios-X, espectrometria de emissão ótica por plasma indutivamente acoplado, quimissorção de CO e dessorção de CO à temperatura programada. Foram realizados ainda experimentos de reação de superfície à temperatura programada empregando-se o catalisador 30% (m/m) Ni2P/SiO2. Os testes de avaliação catalítica foram conduzidos em unidade contínua, empregando-se H2 como agente redutor e água como solvente, em condições de leito trifásico, a 30 bar, 125 ˚C e velocidade espacial mássica de 15 h -1 , nas quais os cálculos teóricos indicaram não haver limitações difusionais. O catalisador 30% (m/m) Ni2P/SiO2 apresentou melhor desempenho entre os fosfetos avaliados (conversão de 60%), com base na mesma massa de precursor, apresentando atividade por sítio superior ao catalisador de referência, 5% (m/m) Ru/C. No entanto, foi observado que os fosfetos suportados sofreram desativação nas condições avaliadas, devido à lixiviação da fase ativa provocada pela água e acentuada pela presença de ácido levulínico.