Granadas de ítrio e ferro (YIG) usadas como catalisadores na síntese de acetofenona

Autor: Pinheiro, André Luis Gadelha
Přispěvatelé: Oliveira, Alcineia Conceição
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2020
Předmět:
Zdroj: Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)
Universidade Federal do Ceará (UFC)
instacron:UFC
Popis: Iron-based catalysts containing yttrium garnet structure (YIG) were synthesized via sol-gel method and applied as catalysts in the oxidation of ethylbenzene (EB) in the presence of hydrogen peroxide (H2O2). Two series of solids were obtained, namely, YIG-Nix and YIG-Znx where the letter x indicated the Ni and Zn contents varying from 0,01 to 0,05. These solids were characterized by various physicochemical techniques such as XRD, SEM-EDS, EPR, XPS Raman and FTIR spectroscopy and N2 adsorption-desorption isotherms. The catalytic evaluation was in the oxidation of ethylbenzene in the presence of H2O2 and acetone as solvent at 50 °C. Initially, the EB to H2O2 molar ratio was 1, using 100 mg of catalyst. Variations in the reaction temperature, reaction time, EB to H2O2 molar ratio, type of solvent and substrate were carried out. According to the XRD and Raman spectroscopy results, the Y3Fe5O12 was the only phase obtained for YIG and YIG-Zn series. This indicated that zinc was incorporated to the YIG structure, independently of its content. For YIG-Ni series, the Y3Fe5O12 phase was observed in the YIG-Ni5 along with the -Fe2O3 as extra-framework specie. All solids are poorly porous due to the elevated calcination temperature e.g., 900 °C, to prepare the materials, all of them possessing a spherical and rod-shaped morphology. The selective oxidation of ethylbenzene using hydrogen peroxide as oxidant revealed that all solids were active in the short-term stability runs. Variations in the reaction’s conditions suggested that the reaction temperatures studied, EB to H2O2 molar ratios, type of solvents and substrates greatly influenced the catalytic performance. For example, pure YIG displayed approximately 40.0% of ethylbenzene conversion within 6h of reaction and selectively produced acetophenone, 2-phenyletanhol and products of acetophenone condensation and ethylbenzene oligomers at T=50 °C, EBH2O2 =1, using acetone as solvent and EB as substrate. The solids of the YIG-Ni series showed better catalytic activities, compared to those of YIG-Zn series. A superior catalytic performance of the catalysts was observed as the Ni content increases from 1 to 5% and this was attributed to the synergistic effect of Ni and Fe3+ Fe2+ pairs. For YIG-Zn series, the catalytic performance is much lower at high Zn content due to the leaching of the active sites to the reaction media According to MEV-EDS, XPS and EPR results, the affinity of the Fe2+Fe3+ species with those of Ni2+ ones for the ethylbenzene molecule allowed the reaction to give an EB conversion of 77% with a good production of acetophenone over the YIG-Ni3 catalyst compared to other binary and ternary solids. Catalisadores à base de ferro contendo ítrio em estrutura de granada (YIG) foram sintetizados pelo método sol-gel e aplicados na reação de oxidação do etilbenzeno (EB) na presença de peróxido de hidrogênio (H2O2). Duas séries de sólidos, denominadas YIG-Nix e YIG-Znx foram obtidas de modo que a letra x refere-se à quantidade de Ni ou Zn variando em 0,01 a 0,05, equivalente a 1 a 5%. As amostras foram caracterizadas por diversas técnicas físico-químicas, tais como DRX, MEV-EDS, EPR, XPS, espectroscopias Raman e FTIR, além das isotermas de adsorção-dessorção de nitrogênio. Os sólidos foram avaliados cataliticamente na oxidação do etilbenzeno na presença de H2O2, utilizando-se acetona como solvente a 50 °C. A razão molar entre etilbenzeno e H2O2 foi de 1, utilizando 100 mg de catalisador, inicialmente. Variações na temperatura de reação, tempo de reação, razão molar EBH2O2, tipo de solvente e substrato foram conduzidas. De acordo com os resultados de DRX e espectroscopia Raman, Y3Fe5O12 foi a única fase obtida para as amostras YIG além da série e YIG-Zn. Tal fato indicou que o zinco foi incorporado à estrutura YIG, sem haver modificação da estrutura. Para a série YIG-Ni, a fase Y3Fe5O12 foi observada na amostra YIG-Ni5, além da fase α-Fe2O3 como espécie extrarrede. Todos os sólidos apresentaram baixas propriedades texturais devido à elevada temperatura de calcinação a 900 °C usada na preparação dos materiais, de modo que a morfologia esférica e em forma de bastões foi detectada. A oxidação seletiva do etilbenzeno usando peróxido de hidrogênio como agente oxidante revelou que todos os sólidos foram ativos nos ensaios de estabilidade em tempos curtos de reação. Variações das condições reacionais sugeriram que as temperaturas de reação estudadas, razão molar EBH2O2, tipos de solventes e substratos usados influenciaram significativamente nas performances catalíticas. Por exemplo, YIG puro exibiu aproximadamente 40,0% de conversão de etilbenzeno após 5 h de reação e produziu acetofenona; 2-feniletanol; produtos de condensação de acetofenona e oligômeros de etilbenzeno a T=50 oC, EBH2O2 =1, utilizando-se acetona como solvente e EB como substrato. Os sólidos da série YIG-Ni apresentaram melhores atividades catalíticas, em comparação com os da série YIG-Zn. O desempenho catalítico dos sólidos aumentou à medida que o teor de Ni aumenta de 1 a 3%, o que foi atribuído ao efeito sinérgico dos pares Ni e Fe3+/Fe2+. No entanto, o desempenho do YIG-Ni5 foi inferior ao esperado devido à influência da fase α-Fe2O3. Para a série YIG-Zn, o desempenho catalítico é menor que a da série YIG-Ni e diminui com o teor de Zn devido à lixiviação dos sítios ativos para o meio reacional. De acordo com os resultados de MEV-EDS, XPS e EPR, a afinidade das espécies Fe2+Fe3+ com aquelas de Ni2+ pela molécula de etilbenzeno propiciaram uma conversão a EB de 77% com uma produção considerável de acetofenona sobre o catalisador YIG-Ni3 comparado com outros sólidos binários e ternários.
Databáze: OpenAIRE
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