Modificação química de resinas à base de estireno através do processo de sulfonação: estudo experimental e modelagem matemática

Autor: Theodoro, Thiago Romanelli
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2018
Předmět:
Druh dokumentu: Dissertação de Mestrado
Popis: A proposta deste trabalho consistiu em realizar o estudo experimental e matemático do processo de sulfonação de resinas estirênicas reticuladas com etileno-glicol dimetacrilato (PS-EGDMA) e trietileno-glicol dimetacrilato (PS-TEGDMA). O processo de sulfonação de resinas estirênicas é uma das modificações químicas mais utilizadas na indústria e permite conferir características como seletividade às resinas, favorecendo seu uso em diversos processos. Foi utilizado um planejamento de Taguchi L9 com os fatores: fração monomérica, fração de agentes reticulantes e fração de solventes inertes (tolueno e heptano), referentes ao processo de polimerização. As resinas produzidas foram utilizadas na sulfonação, na qual a temperatura foi variada para determinar o ponto ótimo em termos de capacidade de troca iônica e variação de massa. Por meio de balanços de massa e fazendo o uso do modelo do núcleo não reagido foi feita a modelagem matemática do processo. Os resultados obtidos mostram que as resinas reticuladas com etileno-glicol dimetacrilato (EGDMA) e trietileno-glicol dimetcrilato (TGDMA) apresentam boa capacidade de troca iônica (CTI) quando comparadas às resinas comerciais de estireno-divinilbenzeno (S-DVB), como, por exemplo, a Amberlyst®. As partículas sulfonadas de PS-EGDMA apresentaram CTI de 3,988 meq/g com ganho de massa de 30% enquanto as de PS-TEGDMA apresentaram capacidade de 3,477meq/g com ganho de massa de 47% no ponto ótimo tendo sido produzidas com temperaturas de sulfonação de 57,5ºC e 65ºC respectivamente. O modelo desenvolvido apresentou bom ajuste no intervalo entre o início da reação e o ponto máximo de capacidade de troca iônica, sendo capaz de prever as constantes cinéticas e de difusão da reação. Além disso, as partículas produzidas foram testadas na catálise heterogênea e conversões acima de 78% foram obtidas mostrando-se um eficiente catalisador.
The purpose of this work was to carry out the experimental and mathematical study of the sulfonation process of styrenic resins cross-linked with ethylene glycol dimethacrylate (EGDMA) and triethylene glycol dimethacrylate (TEGDMA). The sulfonation process of styrenic resins is very used in industry and allows particles to achieve characteristics like selectivity, favoring its use in several processes. It was used Taguchi L9 experimental design with the following factors: monomer molar fraction, fraction of crosslinking agents and fraction of inert solvents (toluene and heptane), referring to the polymerization process. The resins produced were used in the sulfonation process, in which the temperature was varied to determine the optimum point in terms of ion exchange capacity and mass variation. Mass balances and the unreacted core model were in order to develop the mathematical model. The results showed that PS-EGDMA and PS-TGDMA crosslinked resins exhibit good ion exchange capacity when compared to styrene-divinylbenzene (S-DVB) commercial resins, such as Amberlyst®. The sulfonated PS-EGDMA particles showed ion exchange capacity of 3,988 meq/g with a mass gain of 30% while those of PS-TEGDMA presented a capacity of 3,477meq/g with mass gain of 47% at the optimum point and were produced with sulfonation temperatures of 55.7ºC and 65ºC respectively. The developed mathematical model showed a good fit in the interval between the beginning of the reaction and the maximum point of ion exchange capacity, being able to predict the kinetic and diffusion constants of the reaction. In addition, the produced particles were tested in the heterogeneous catalysis and conversions above 78% were obtained proving an efficient catalyst.
Databáze: Networked Digital Library of Theses & Dissertations
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