Caracterizações do catalisador heterogêneo grafite Quitosana

Na Figura 4.1 os difratogramas de quitosana, grafite e o catalisador grafite-quitosana são mostrados, respectivamente. Na curva do difratograma do grafite-quitosana, o pico de difracção (002) do cristal de grafite é mostrado, indicando que o grafite tinha sido incorporado a estrutura da quitosana.

51 Figura 3.1: Espectro de difração de raios-X para o catalisador grafite-quitosana, grafite e Quitosana.

O pico de DRX característicos do catalisador grafite-quitosana apareceu na 2θ = 26.49 (V. Pugnet et al., 2010). Pode ser visto que a camada intermédia distância entre as camadas de carbono, tal como determinado pela lei de Bragg, é aumentado claramente de 3,36 Å para grafite para 8,11 Å para grafite óxido. Isto é causado pela grande quantidade de grupos polares gerados entre as camadas de grafite durante a oxidação (L. Bornay et al., 2005; Z. Chen et al., 2002), em que os átomos de oxigénio e de carbono estão covalentemente ligados, levando a um aumento no comprimento da estrutura de cristal de grafite ao longo do eixo c. Também, a existência de grupos polares provoca muito forte higroscopicidade de grafite- quitosana. Como resultado, podemos dizer que o grafite esta suportado pela quitosana devido a sua entrada na rede por meio de ligações com os grupos funcionais da quitosana (G.V. Tagliaferro, 2005).

A diminuição do pico de intensidade do grafite puro para o catalisador, pode ser o resultado da diminuição aparente da tamanho médio do cristalito do compósito grafite- quitosana, a partir de 61 Å para 29 do catalisador grafite- quitosana, calculado pela equação de Debye-Scherrer (M. Zawadzki et al., 2001). Sugere-se que o suporte da quitosana e processo de carbonização não resultou em mudança de fase de partículas de grafite.

Na Figura 4.2 os espectros do FTIR revelou as diferenças óbvias na características químicas da quitosana, bem como para o catalisador grafite- quitosana. No espectro de FTIR,

52 a banda 1600 cm-1 é atribuída à presença de grupos epóxi e a ligação C=C. O modo de alongamento da rede do esqueleto de carbono sp2. O pico a 1380 cm-1, assim como a banda larga entre 2200 e 3800 cm-1 _{correspondem a grupos O-H (C-OH do alongamento), que ou} são ligados a carbonos ou representar adsorvido água. A banda em 1.055 centímetros e pode também ser atribuída à aos grupos époxi.

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 T ransm it ânci a ( %) Comprimento (cm-1) CS+ grafite CS

Figura 4.2: Espectro de FTIR para a Quitosana e o catalisador grafite-quitosana.

O padrão de quitosana reticulado (Espectro C) tem um forte pico por volta de 3400 cm-1 devido à vibração de alongamento de O-H, enquanto dois bandas características centrada em 1636 e 1597 cm-1 pode ser atribuído para o C=O e a vibração de alongamento de N-H-C- O (amida I) e o N-H flexão de NH2, respectivamente (E.T. Thostenson et al., 1999). No espectro do catalisador grafite quitosana, a intensidade dos picos a 3417 e 1075 cm-1, aumentou em comparação com os espectos de quitosana, que é devido aos grupos -OH do quitosana adsorvida.

A banda 1730 cm-1 (atribuído a grupos carboxílicos) desapareceu, provando que os grupos carboxílicos reagiram com o grafite durante preparação do composto, ao mesmo tempo que pode ser distintamente observado que a intensidade da banda de absorção NH2 aumentou em comparação para a intensidade do grupo amino NHCO (amida I).

Os perfis termogravimétricos (TG/DTG) são mostrados na Figura 4.3. Pode ser visto que a eliminação do material residual é dependente da composição da amostra (quitosana ou grafite quitosana). A presença de grafite não alterou o comportamento da matrix Quitosana,

53 mesmo após a realização da dopagem leva à remoção de materiais carbonosos a temperaturas mais baixas. O perfil DTG sugere uma temperatura de 340 °C para a eliminação total do material residualo para ambos os compostos.

quitosana grafite- quitosana 0 20 40 60 80 100 100 200 300 400 500 600 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 Ma ss % D T G( %/ °C ) Temperature (°C)

Figura 4.3: Análide de Tg/DTG da Quitosana e do catalisador grafite –quitosana.

A microscopia eletrônica de varredura (MEV) e o EDS foi realizada para observar as morfologias das amostras obtidas para o catalisador grafite-quitosana. A imagem mostrada na Figura 4.4 revela que a amostra preparada usando o método aqui desenvolvido tem um aspecto poroso, consistente com os valores mais altos para área de superfície específica e volume de poros obtido a partir da medição física de N2.

54 Durante a etapa de carnonização hidrotermal ocorre a eliminação de materiais voláteis e cavidades que são produzidos como resultado de formação do catalisador grafite na matrix quitosana. Ao mesmo tempo, um sólido o rearranjo ocorre, formando a matriz cristalina.

Como resumido na Tabela 4.1, o método de síntese de carbonização hidrotermal levou a uma amostra com propriedades texturais, como área de superfície específica e volume de poros que contribuíram para o desempenho global de um catalisador heterogêneo ser emregado em reações de transesterificações.

Tabela 4.1: Valores da área superficial e do tamanho médio das articulas do catalisador grafite- quitosana

4.3.2 Teste de conversão

A Figura 4.5 (a) mostra a estrutura utilizada para a realização da reação de transesterificação do biodiesel nas condições prévias estabelecidas, durante o tempo de 3 horas.

55 Figura 3.5: Esquema utilizado para a reação de transesterificação do biodiesel. (autor)

E na Figura 4.5 (b) mostra a etapa de separação as das fases do biodiesel com o catalisador grafite- quitosana, confirmando assim que o catalisador é de fácil separação após a finalização da reação. Este estudo revelou boas correlações entre a presença de catalisadores grafite-quitosana para a reação de formação de biodiesel, e a partir dos testes catalíticos mostrados na Tabela 4.2.

Tabela 4.2: Valores da conversão da reação de transesterificação utilizando catalisador grafite- Quitosana para a formação de biodiesel

Pode-se observar que os materiais estão ativos, tendo como conversão porcentagens de 38 a % para os catalisadore grafite- quitosana, às 3 horas de reação.

4.4- Conclusão

O catalisador grafite - quitosana foi possivel ser obtido através da carbonização hidrotermal, nas condições propostas neste trabalho. As caracterizações do DRX comprovaram a entrada do grafite na rede da quitosana, a microscopia óptica evidenciou o posicionamento do grafite na matriz da quitosana e a análise do FTIR mostrou as ligações que comprovam que o grafite foi interligado nos grupos funcionais da quitosana. Foi obtido uma conversão satisfatória de conversão de estér metílico de 38% utilizando o catalizador grafite – quitosana, mostrando uma promissora aplicação como catalisador heterogêneo.

11 4.5- Referências Bibliográficas

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CAPÍTULO 5

CONCLUSÃO GERAL

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