Síntese Das Peneiras Moleculares Si-Mcm- 41 E -48 Com Surfactante Alternativo E Aplicação Na Reação De Transcarbonação Do Glicerol

Abstract

Due to economic aspects, the synthesis of mesoporous molecular sieves, including the M41S family, is still not performed at the industrial level. These molecular sieves have excellent prospects for application due to their catalysts, adsorbents and ion exchangers properties. The main obstacle is the surfactants cost used in their preparation, which leads to the search for low cost surfactants. Thus, benzalkonium chloride constitutes as an option to surfactants traditionally used in the synthesis of Si-MCM-41 and -48 sieves. The basic properties recently discovered by using the catalyst as synthesized (hybrid silica), have shown excellent prospects, and one of the possible applications related to the use of byproducts of the biodiesel industry. As a consequence of the huge production of this green fuel, glycerol, its main byproduct, has become a cheap and abundant raw material, bringing interest in aggregation value to this product. One of the interesting routes is its conversion into glycerol carbonate, an important intermediary in the polymer industry. Here the synthesis of the mesoporous molecular sieves Si-MCM-41 and Si-MCM-48 prepared by different methods is presented, using the cetyltrimethylammonium bromide (CTABr), cetyltrimethylammonium chloride (CTAC) and cetyldimethylbenzylammonium chloride (CDBACl) surfactants as well as the study of the synthesis behavior of Si-MCM-48 prepared with tetraethyl orthosilicate and CDBACl using the statistical design of experiments. Molecular sieves well structured were obtained for the proposed surfactants, emphasizing the materials obtained using the CDBACl, unpublished procedure. By using experimental planning, it was observed that the range of parameters of the proposed synthesis is restricted, being the best condition occurring with heat treatment temperature at 100 oC, 72  thermal treatment time  264 h and 0.100  CDBACl / SiO2  0.125. The Si-MCM-48 obtained with the surfactants CTABr and CDBACl were used as catalysts in the transcarbonation reaction of glycerol with dimethyl carbonate to produce glyceryl carbonate. The catalyst was effective for this reaction, with conversions of 36.5% (synthesis with CTABr) and 54.6% (synthesis with CDBACl). The best performance for the Si-MCM-48 synthesized with CDBACl is mainly related to the differentiated structure of this surfactant.

Devido a aspectos econômicos, a síntese de peneiras moleculares mesoporosas, incluindo a família M41S, ainda não é realizada em nível industrial. Essas peneiras moleculares apresentam excelentes perspectivas para aplicação devido às suas propriedades como catalisadores, adsorventes e trocadores iônicos. O principal obstáculo é o custo dos surfactantes empregados na sua preparação, o que leva à busca por surfactantes de baixo custo. Assim, o cloreto de benzalcônio se apresenta como uma opção aos surfactantes tradicionalmente empregados na síntese das peneiras Si-MCM-41 e -48. As propriedades básicas descobertas recentemente pelo uso do catalisador como sintetizado (sílica híbrida), têm mostrado excelentes perspectivas, sendo uma das possíveis aplicações relacionada ao aproveitamento de subprodutos da indústria de biodiesel. Como consequência da alta produção deste combustível verde, o glicerol, seu principal subproduto, se tornou uma matéria prima barata e abundante, gerando interesse em agregar valor a esse produto. Uma das rotas interessantes é a sua conversão em carbonato de glicerila, importante intermediário da indústria de polímeros. Neste trabalho são apresentadas as sínteses das peneiras moleculares mesoporosas Si-MCM-41 e Si-MCM-48, preparadas por diferentes métodos, utilizando os surfactantes brometo de cetiltrimetilamônio (CTABr), cloreto de cetiltrimetilamônio (CTACl) e cloreto de cetildimetilbenzilamônio (CDBACl), bem como o estudo do comportamento da síntese da Si-MCM-48 preparada com ortossilicato de tetraetila e CDBACl utilizando o planejamento estatístico de experimentos. Foram obtidas peneiras moleculares bem estruturadas para os surfactantes propostos, ressaltando-se os materiais obtidos utilizando-se o CDBACl, procedimento inédito. Por meio do planejamento experimental, observou-se que a faixa de parâmetros da síntese proposta é restrita, sendo a melhor condição ocorrendo com temperatura de tratamento térmico de 100 °C, 72  tempo de tratamento térmico  264 h e 0,100  CDBACl/SiO2  0,125. AS Si-MCM-48 obtida com os surfactantes CTABr e CDBACl foram empregadas como catalisadores na reação de transcarbonação do glicerol com dimetil carbonato para produção de carbonato de glicerila. Verificou-se que o catalisador foi eficaz nesta reação, com conversões de 36,5% (síntese com CTABr) e 54,6% (síntese com CDBACl). O melhor desempenho da Si-MCM-48 sintetizada com CDBACl está principalmente relacionado à estrutura diferenciada deste surfactante.