Otimização das condições reacionais do processo catalítico de oxidação seletiva da anilina a nitrosobenzeno empregando bastões de polioxoniobato contendo cobre.
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Date
2022
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Abstract
O presente estudo fornece uma abordagem acerca da aplicação de uma classe de materiais,
denominados polioxometalatos, em especial os isopoliânions, estruturados na forma do tipo
Lindqvist, possuindo em sua composição química o elemento Nióbio (metal de transição em
seu estado de oxidação 5+). Os catalisadores foram sintetizados pela rota de coprecipitação e
posteriormente tratados hidrotermicamente, assistidos por irradiação de micro-ondas, em
diferentes condições de temperatura e tempo. Os materiais obtidos foram avaliados como
catalisadores heterogêneos frente a reação de oxidação da anilina em fase líquida, buscando-
se a obtenção seletiva de nitrosobenzeno. A oxidação da anilina em seus respectivos produtos
derivados, tais como fenilhidroxilamina, nitrosobenzeno, nitrobenzeno, azobenzeno e
azoxibenzeno, gera insumos de excepcional valor agregado e diferentes aplicações no
contexto das indústrias químicas, petroquímicas, farmacêuticas, dentre outras. Apesar de um
amplo acervo a respeito das aplicabilidades de polioxometalatos encontrados na literatura
científica, poucos são os estudos centrados na aplicação destes em reações de substratos
orgânicos e seus derivados, particularmente em reações envolvendo as arilaminas. Perante
essa premissa, nesse trabalho são apresentados os resultados dos ensaios catalíticos realizados
com o objetivo de avaliar preliminarmente o método de síntese dos catalisadores empregado;
eficiência dos catalisadores frente a reação de oxidação da anilina, empregando-se como
agente oxidante o peróxido de hidrogênio; correlação entre a morfologia do material e a
capacidade de conversão do substrato e a seletividade aos produtos derivados. Paralelamente,
foi empregado um estudo multivariado com 5 variáveis independentes (tipo do catalisador,
volume do agente oxidante, tempo da reação, temperatura de reação e solvente), condições
reacionais utilizadas na reação proposta, com o intuito de otimizar o processo através do
conhecimento das variáveis que influenciaram diretamente na conversão do substrato e
seletividade aos produtos. Empregou-se um planejamento fracionário 25-1 no processo de
experimentação de triagem, para a seleção do catalisador, com relação a conversão da anilina
como variável dependente e após a seleção das variáveis significativas ao sistema químico em
estudo, foi utilizado um planejamento experimental do tipo Doehlert que objetivou a obtenção
dos coeficientes significativos e proposição do modelo (linear ou quadrático) que se ajustava
ao sistema. De posse dessas informações, foi possível determinar a região ótima de trabalho,
através da Metodologia de Superfície de Resposta, obtendo-se deste modo os valores das
respectivas variáveis que encaminhavam para a maximização da conversão. O processo de
síntese utilizado mostrou-se extremamente eficiente na obtenção de bastões de
polioxoniobatos em tempos (10, 20 e 30 minutos) e temperatura (80 a 150oC) relativamente
baixos. Em geral, os catalisadores desenvolvidos possuíram potencial para aplicações
catalíticas, obtendo-se uma conversão máxima de 97,3% da anilina com 88,9% seletividade
para nitrosobenzeno. Para a análise da quantificação das amostras dos ensaios catalíticos deste
estudo foi utilizada a técnica de cromatografia gasosa, onde foram feitas as devidas curvas de
calibração com as respectivas soluções padrão necessárias para identificação e quantificação
dos produtos. Para a caracterização e estudo das propriedades físico-químicas dos materiais
catalíticos obtidos foram empregadas as seguintes técnicas: Difração de Raios-X,
Espectroscopia de Infravermelho por transformada de Fourier, Microscopia Eletrônica de
Transmissão de Alta Resolução, Microscopia Eletrônica de Varredura, Espectroscopia de Refletância Difusa, Espectrometria de Absorção Atômica, Dessorção a Temperatura
Programada de Amônia e Oxidação a Temperatura Programada empregando oxigênio.
Description
Programa de Pós-Graduação em Química. Departamento de Química, Instituto de Ciências Exatas e Biológicas, Universidade Federal de Ouro Preto.
Keywords
Polioxoniobatos, Método hidrotermal assistido por micro-ondas, Oxidação da Anilina, Quimiometria
Citation
LUZ, Sulusmon César. Otimização das condições reacionais do processo catalítico de oxidação seletiva da anilina a nitrosobenzeno empregando bastões de polioxoniobato contendo cobre. 2022. 85 f. Dissertação (Mestrado em Química) - Instituto de Ciências Exatas e Biológicas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2022.