Desenvolvimento de zeólitas beta incorporadas com zircônio para valorização do glicerol

A produção de biodiesel gera como subproduto o glicerol em grandes quantidades. A reação de desidratação catalítica do glicerol vem se destacando por promover produtos de maior valor agregado. O uso de zeólitas é interessante devido suas propriedades ácidas que promovem a seletividade dos compostos a partir do glicerol. A substituição isomórfica de tetraedros de AlO4 por metais tetravalentes vem sendo explorada pela dificuldade de inserção de heteroátomos como Zr para promover acidez de Lewis. Desta forma, esse estudo visa desenvolver zeólitas do tipo Zr-beta e avaliar sua atividade catalítica na reação de desidratação do glicerol. A síntese hidrotérmica da Zr-beta em meio fluorídrico foi realizada com 18 dias na razão Si/Zr= 200. Uma nova metodologia foi desenvolvida variando as razões de Si/Zr de 200 e 25, com 2 dias de pré-cristalização e diferentes dias de cristalização: 5, 10 e 18 dias. Os materiais foram caracterizados por DRX, FRX, TG, Adsorção e dessorção de N2, MEV-EDS e acidez de piridina. A reação de desidratação ocorreu durante 4 h e as alíquotas analisadas por CG-FID. O catalisador com melhor desempenho passou por um teste de 10 h de reação. O DRX comprovou a obtenção da zeólita Zr- beta, tanto na síntese hidrotérmica como na précristalização, com exceção para a síntese com 18 dias e Si/Zr= 25. Os resultados de FRX comprovou a presença de Zr nas zeólitas. A TG evidenciou a estabilidade térmica dos materiais em temperaturas acima de 300ºC. A adsorção e dessorção de N2 dos materiais apresentaram isoterma do tipo I típico de materiais microporosos. As amostras na razão de 25 mostraram alto volume adsorvido em pressões relativas altas. As micrografias das zeólitas apresentaram cristais grandes na faixa de 3 a 17 micrometros, bem como partículas amorfas para as sínteses nas razões Si/Zr= 25, que sugerem uma dissolução da zeólita ao longo da cristalização, visto que síntese com 18 dias nessa razão de Si/Zr apresentou material amorfo. O EDS mostrou que a inserção do zircônio não está aglomerada. Como resultado representativo, as amostras com Si/Zr= 25 apresentaram maior concentração de sítios de Lewis pela adsorção da piridina. Ao fim da reação de desidratação do glicerol, os catalisadores apresentaram valores de conversão de 55%, com destaque a Zr-beta hidrotérmica, com 78%. Bem como os catalisadores apresentaram seletividade para acetaldeído, acroleína e acetol, variando as concentrações de acordo com as propriedades dos materiais. A zeólita Zr-beta hidrotérmica foi estável ao teste com 10 h e sua seletividade foi alternando entre acetaldeído e acetol ao longo da reação. Os dados de DRX e TG após a reação comprovaram que esse material é mais resistente a desativação por coque. A zeólita Zr-beta se mostrou promissora na valorização do glicerol, visto a alta seletividade e maior resistência a desativação. A vida útil da Zr-beta hidrotérmica e a maior produção de acetol torna esse catalisador interessante para uso em escala industrial, sendo fundamental a viabilidade da síntese de materiais com acidez de Lewis mais seletivos e resistente ao coque para valorização do glicerol.