Síntese sustentável de zeólitas mww hierárquicas a partir da cinza da casca de arroz

Abstract

Uma abordagem sustentável e econômica para obter zeólitas do tipo MWW hierárquicas foi desenvolvida por meio do uso de sílica extraída da cinza da casca de arroz, o maior resíduo agroindustrial do mundo. Foi realizado um estudo da cinética de cristalização da MCM-22 produzida com essa fonte de sílica alternativa e, além disso, foi investigada a sua síntese em condições não tradicionais de relações molares Si/Al e em condição estática a diferentes temperaturas, o que confirmou que a síntese da MCM-22 depende criticamente da razão molar Si/Al e de ocorrer sob agitação. A zeólita MCM-22 é conhecida por passar por um precursor bidimensional antes da calcinação, então testou-se a síntese de uma zeólita semelhante, porém com estrutura tridimensional por síntese direta, a MCM-49, com a mesma fonte de sílica, porém, a síntese não aconteceu da forma esperada, dando origem a um precursor bidimensional da MCM-22. Os materiais sintetizados passaram por procedimentos que proporcionam a obtenção de materiais hierárquicos pilarizados (MCM-36) e dessilicados, a fim de obter estruturas com mesoporosidade intercristalina ou intracristalina, respectivamente. As amostras foram caracterizadas por diferentes técnicas, como DRX, fisissorção de N2, FAAS, TGA, RMN 13C, FTIR, MEV e HRTEM. A natureza e a força da acidez dos materiais foram investigadas por quimissorção de piridina seguida de FTIR. Por fim, foi investigado o impacto da estrutura porosa e acidez desses materiais utilizando-os como catalisador nas reações de acetalização, avaliando suas conversões através de cromatografia gasosa e observando um melhor resultado para o material dessilicado.

A sustainable and cost-efficient approach to obtaining hierarchical MWW-type zeolites was developed through the use of silica extracted from rice husk ash, the largest agroindustrial waste in the world. A study of the crystallization kinetics of MCM-22 produced with this alternative silica source was carried out. In addition, its synthesis was investigated under non-traditional conditions of Si/Al molar ratios and under static conditions at different temperatures, which confirmed that the synthesis of MCM-22 critically depends on the Si/Al molar ratio and that it occurs under agitation. The MCM- 22 zeolite is known to go through a two-dimensional precursor before calcination, so the synthesis of a similar zeolite, but with three-dimensional structure by direct synthesis, was tested, the MCM-49, with the same silica source, but the synthesis did not happen as expected, giving rise to a two-dimensional precursor of MCM-22. The synthesized materials went through procedures that provide the obtainment of hierarchical pillarized materials (MCM-36) and desilicated, in order to obtain structures with intercrystalline or intracrystalline mesopores. The samples were characterized by different techniques, such as XRD, N2 physisorption, FAAS, TGA, 13C NMR, FTIR, SEM and HRTEM. The nature and strength of the acidity of the materials were investigated through pyridine chemisorption followed by FTIR. Finally, the impact of the porous structure and acidity of these materials was investigated using them as a catalyst in the acetalization reactions, evaluating their conversions through gas chromatography and observing a better result for the desilicated material.