Utilização da sílica da casca do arroz como fonte renovável para a síntese da zeólita beta na aplicação da conversão de glicerol

Abstract

Uma abordagem sustentável e econômica para a síntese de zeólita beta foi desenvolvida utilizando sílica amorfa extraída da cinza da casca de arroz, um dos principais resíduos agroindustriais gerados em larga escala no mundo. Durante o beneficiamento do arroz, grandes volumes de casca são descartados, e a cinza resultante da queima desse resíduo contém entre 15% e 20% de sílica, tornando-se uma fonte alternativa altamente reativa com grande potencial tecnológico. Neste trabalho, a zeólita beta foi sintetizada a partir dessa sílica alternativa e caracterizada por diferentes técnicas, incluindo difração de raios X (DRX), espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FT-IR), análise termogravimétrica (ATG), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e fisissorção de N₂. O material apresentou propriedades promissoras, incluindo estrutura cristalina típica de zeólitas de topologia BEA, tamanho médio de partícula de ordem nanométrica de 729nm e área superficial específica de 325 m²g⁻¹, confirmando a o sucesso da síntese. Adicionalmente, realizou-se um estudo para avaliar a aplicação da zeólita como catalisador na reação de conversão de glicerol a solketal, visando obter produtos de maior valor agregado. O estudo catalítico foi realizado com uma zeólita beta sintetizada a partir de sílica comercial nas mesmas condições de síntese da zeólita sintetizada com sílica da casca de arroz. Os resultados indicaram uma conversão de aproximadamente 83% e seletividade para solketal em torno de 32%. Esses resultados confirmam o potencial do reaproveitamento da cinza da casca de arroz para a síntese da zeólita beta e a o seu potencial emprego nas reações de conversão do glicerol a solketal, contribuindo para a valorização de resíduos agrícolas e para o desenvolvimento de processos mais sustentáveis.

A sustainable and cost-effective approach for beta zeolite synthesis was developed using amorphous silica extracted from rice husk ash, one of the main agro-industrial residues generated on a large scale worldwide. During rice processing, large volumes of husk are discarded, and the ash resulting from burning this residue contains between 15% and 20% silica, making it a highly reactive alternative source with great technological potential. In this work, beta zeolite was synthesized from this alternative silica and characterized by different techniques, including X-ray diffraction (XRD), Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR), thermogravimetric analysis (TGA), scanning electron microscopy (SEM), and N_2 physisorption. The material exhibited promising properties, including a crystalline structure typical of BEA-topology zeolites, an average nanoscale particle size of 729 nm, and a specific surface area of 325m2g-1, confirming the success of the synthesis. Additionally, a study was conducted to evaluate the application of the zeolite as a catalyst in the glycerol to solketal conversion reaction, aiming to obtain higher value-added products. The catalytic study was performed with a beta zeolite synthesized from commercial silica under the same synthesis conditions as the zeolite synthesized with rice husk silica. The results indicated a conversion of approximately 83% and solketal selectivity of around 32%. These results confirm the potential of reusing rice husk ash for beta zeolite synthesis and its potential use in glycerol to solketal conversion reactions, contributing to the valorization of agricultural residues and the development of more sustainable processes.