Aplicação de óxidos mistos de molibdênio, vanádio, tungstênio e cobre como catalisadores na produção do ácido acrílico

Abstract

O ácido acrílico é um produto com diversas aplicações na indústria química, sendo uma das principais a produção do poliacrilato de sódio, um material superabsorvente utilizado na fabricação de artigos de higiene pessoal. Atualmente o ácido acrílico é obtido a partir da oxidação do propeno empregando catalisadores heterogenêos baseados em óxidos de Mo/Bi e Mo/V. Nesse processo, primeiramente o propeno é oxidado a acroleína, que em seguida é oxidada formando o ácido acrílico. Apesar deste já ser um processo consolidado, o propeno é proveniente de fontes petroquímicas e assim há a preocupação em se buscar por rotas alternativas ao uso desta matéria-prima e uma das possibilidades é sintetizar a acroleína a partir da desidratação do glicerol utilizando catalisadores específicos. Durante o desenvolvimento do projeto foram preparados catalisadores heterogenêos para a obtenção do ácido acrílico, primeiramente avaliados na oxidação da acroleína e posteriormente na oxidesidratação do glicerol. Foram sintetizados três tipos de amostras com composições diferentes (B1- Mo12V4,8W2,4Cu2,2Si8,4; B2-Mo12V2W0,5Si6,2 e B3-Mo12V2,7Si6,2) por quatro métodos de preparo, sendo eles por evaporação, evaporação seguido de tratamento hidrotérmico, tratamento hidrotérmico (TH) e utilizando um copolímero de blocos. Para os dois últimos métodos foi realizado um estudo mais detalhado para a determinação das melhores condições de síntese (Etapa I), e foi verificado que a dissolução total dos reagentes na mistura antes do TH resultou em amostras com maior cristalinidade e menor perda de fase ativa no líquido mãe e a utilização de um copolímero de blocos dissolvido a frio contribuiu para um aumento no volume de poros. Na segunda etapa, os materiais sintetizados pelos quatro métodos propostos foram caracterizados e avaliados em reator na produção do ácido acrílico. As amostras B1 apresentaram formação de fases cristalinas diferentes dependendo do método de preparo utilizado, e nas amostras B2 e B3 foi identificada como fase principal o a-MoO3, independentemente do método utilizado. As amostras sintetizadas por evaporação seguida por TH foram as que apresentaram maiores seletividades para a formação do ácido acrílico a partir da acroleína para uma mesma composição de catalisador, o que pode estar relacionada ao maior teor de óxido de vanádio presente nas amostras identificadas por FRX e a formação da fase cristalina V0,35Mo4,65O14. O melhor desempenho foi observado na amostra B1-EV+TH com seletividade de 50,59% e 3,61% para o ácido acrílico nos processos a partir da acroleína e glicerol, respectivamente

Acrylic acid is a product with several applications in the chemical industry, the main one is the production of sodium polyacrylate, a superabsorbent material used in the toiletries manufacture. Currently acrylic acid is obtained from propene oxidation using heterogeneous Mo/Bi and Mo/V oxide-based catalysts. In this process, propene is first oxidized to acrolein, which is then oxidized to acrylic acid. Although this is already a consolidated process, propylene comes from petrochemical sources and thus there is a concern to search for alternative routes to the use of this raw material and one of the possibilities is to synthesize acrolein from glycerol dehydration using specific catalysts. For the project, heterogeneous catalysts were prepared to obtain the acrylic acid, first evaluated in the oxidation of acrolein and later in the glycerol oxideshydration. Three types of samples were synthesized with different compositions B1- Mo12V4,8W2,4Cu2,2Si8,4; B2-Mo12V2W0,5Si6,2 and B3-Mo12V2,7Si6,2) by four preparation methods, namely by evaporation, evaporation followed by hydrothermal treatment, hydrothermal treatment (TH) and using a block copolymer. For the last two methods a more detailed study was performed to determine the best synthesis conditions (Phase I), and it was found that the total dissolution of the reagents in the mixture before TH resulted in samples with higher crystallinity and less active phase loss in the liquid and the use of a cold dissolved block copolymer contributed to an increase in pore volume. In the second stage, the materials synthesized by the four proposed methods were characterized and evaluated in reactor in acrylic acid production. The samples B1 showed different crystalline phase formation depending on the preparation method used, and in samples B2 and B3 the main phase was identified as a-MoO3, regardless of the method used. The samples synthesized by evaporation followed by TH showed the highest selectivity for acrylic acid formation from acrolein for the same catalyst composition, which may be related to the higher vanadium oxide content present in samples identified by FRX and the formation of the crystalline phase V0.35Mo4,65O14. The best performance was observed in sample B1-EV+TH with selectivity of 50.59% and 3.61% for acrylic acid in the processes from acrolein and glycerol, respectively