Grupo de Catálise e Polímeros da UFBA
O Grupo de Catálise e Polímeros (GCP) iniciou suas atividades em 1998, a partir
de um projeto PADCTIII/CNPq para grupos emergentes. Desde então, vem
desenvolvendo trabalhos em temas de grande impacto tecnológico nas áreas de
Catálise
e
Polímeros,
polimerização
de
tais
olefinas;
como:
catalisadores
conversão
catalítica
metalocênicos
do
gás
para
natural
e
desenvolvimento de catalisadores para células a combustível. A equipe é
multidisciplinar contando com a participação de 9 doutores em Química e
Engenharia Química, especialistas nas áreas de Catálise, Química Inorgânica,
Polímeros e Química dos Materiais.
Entre 1998 e 2005 obteve a aprovação de 15 projetos de pesquisa (CNPq,
FINEP, CTPETRO, CADCT/FAPESB) o que permitiu estruturar laboratórios para a
preparação de catalisadores; avaliação de catalisadores com testes acoplados a
cromatógrafo e/ou a espectrômetro de massa, e reatores Parr (bancadas para
síntese de polímeros). Um dos destaques do GCP é o laboratório de raios-X e
microscopia eletrônica que dispõe de um difratômetro de raios-X com câmara para
alta temperatura, um espectrômetro de fluorescência de raios- X, e um
microscópio eletrônico de varredura (MEV), único em funcionamento na UFBA.
O grupo tem sido procurado por empresas e Universidades o que tem permitido
um intercâmbio de conhecimentos e o atendimento à comunidade industrial e
científica. Em 2002, iniciou uma parceria com a empresa POLITENO, situada
no Complexo Petroquímico de Camaçari e produtora de polietileno, visando o
desenvolvimento de novos catalisadores para polimerização de olefinas.
O grupo possui colaboração com o Centro de Catálise e Petroquímica de Madri
desde 2002, no âmbito do CYTED, sobre desenvolvimento de catalisadores
monolitos. Em 2003 iniciou uma colaboração científica com o Politécnico de
Milão (Itália) sobre a conversão catalítica do gás natural e, recentemente
estabeleceu uma parceria com a Universidade Paris VII nas áreas de materiais
e microscopia de transmissão.
EQUIPE:
Profa. Dra. Soraia Teixeira Brandão / Coordenadora (DQI-UFBA)
Profa. Dra. Maria Luiza dos Santos Correa (DQI-UFBA)
Profa. Dra. Zênis Novais da Rocha (DQI-UFBA)
Prof. Dr. Emerson Andrade Sales (DFQ-UFBA)
Prof. Dr. Jaime Soares Boaventura (DFQ-UFBA)
Profa. Dra. Nádia Mamede José (DFP-UFBA)
Profa. Dra. Thamy Hayashi (DEQ-UFBA)
Profa. Dra. Simoni Plentz Meneghetti (UFAL)
Profa. Dr. Mário Meneghetti (UFAL)
INFRA-ESTRUTURA:
·Infra-estrutura para preparação de catalisador: bancadas, capelas,
rotoevaporadores, bombas a vácuo, banhos termostáticos, vidrarias, muflas,
estufas, fornos de ativação (c/ atmosfera inerte, oxidante ou redutora).
·Unidade de Polimerização com Reatores Parr
·Teste Catalítico Mutipropósito acoplado a Espectrômetro de massa QMS-200.
·Teste Catalítico Multipropósito acoplado a Cromatógrafo a gás CG17A Shimadzu.
·Teste para estudos fotocatalíticos
·Linha de Quimissorção
·Espectrômetro FTIR Bomem
·Espectrômetro por UV-vis HP-8453 com acessório DRS
·Potenciostato-Galvanostato para caracterização eletroquímica (voltametria)
·Difratômetro de raio X Shimadzu XDR-6000 com câmara de temperatura para
tratamento sob diversas atmosferas até 1000°C.
·Fluorescência de raio X Shimadzu XRF-1800.
·Microscópio Eletrônico de Varredura Shimadzu SS-550 Análise térmica DSC e
TMA Shimadzu TA-60
Linhas de Pesquisa e projetos em andamento
1.Catálise para Polimerização
Esta linha contempla os estudos relacionados ao desenvolvimento de
catalisadores para polimerização em particular os sistemas a base de
metalocenos e Ziegler-Natta de 5a geração. A seguir, a descrição de alguns dos
projetos em andamento
1.1 Desenvolvimento de catalisadores metalocenos
Metalocenos
são
complexos
organometálicos
extremamente
ativos
na
polimerização de olefinas e, a depender da estrutura do complexo, é possível
obter uma grande variedade de polímeros.
Os trabalhos desenvolvidos nesta linha consistem no estudo de sistemas
metalocênicos suportados e suas aplicações na polimerização de olefinas.
Atualmente
está
sendo
realizado
um
estudo
de
sistemas
do
tipo
Ph2C(Cp)(Flu)ZrCl2/ Me2PhNH.B(C6F5)4/ (i-Bu)3Al aplicados na polimerização do
etileno sob alta temperatura e pressão.
FINANCIADORES: FAPESB/ FINEP e POLITENO
1.2 Desenvolvimento de catalisadores Ziegler-Natta de 5a geração
A 5a geração de catalisadores Ziegler-Natta (Z-N) é uma classe formada por
compostos de coordenação a base de metais de transição do bloco d dos últimos
grupos. Dentre tais complexos, destacam-se aqueles a base de Ni, Co ou Fe
coordenados a derivados nitrogenados tridentados. Neste contexto, acreditamos
que complexos de rutênio (II) podem apresentar atividade em processos de
polimerização de etileno altamente ramificados. Para estudá-los, pretende-se
sintetizar uma classe de complexos coordenativamente insaturados de rutênio,
buscando-se boas performances a partir da modelagem do ligante.
FINANCIADOR: FAPESB
2. Conversão Catalítica do Gás Natural
Nesta linha de pesquisa são desenvolvidos estudos sobre a conversão do gás
natural, em particular do metano (química do C1) em outros produtos de maior
valor agregado (hidrogênio, etileno, etc.) ou na geração de energia pela
combustão catalítica (tecnologia mais limpa). A seguir, a descrição de alguns dos
projetos em andamento
2.1 Geração de Hidrogênio
•
Reforma Autotérmica do Metano
Este projeto propõe o estudo de catalisadores níquel suportados em sílica e
MCM-41 e promovidos com alcalinos terrosos na geração de hidrogênio através
da reforma autotérmica. Diante da importância de processos para geração de
hidrogênio que possam ser integrados a células combustíveis, um expressivo
número de trabalhos tem sido publicados. Neste contexto o Grupo de Catálise e
Polímeros do IQ-UFBA vem realizando pesquisas sobre a oxidação parcial do
metano desde 2003, e neste período foram sintetizados e avaliados em escala de
bancada, sistemas a base de níquel suportados em sílica e MCM-41. Os
resultados obtidos neste período foram muito promissores, indicando uma
conversão do metano em torno 80% com seletividade a H2 de 99% para
temperatura de 700°C. Também foi observada por MEV a formação de coque com
morfologia cilíndrica, nos catalisadores após 2h de teste. Diante destes resultados
propõe-se aprofundar o estudo destes sistemas e aplicá-los na reforma
autotérmica do metano, reação que consiste no acoplamento da reforma a vapor
com a oxidação parcial do metano, favorecendo a termodinâmica do processo e o
controle da desativação por coque pela possibilidade de injetar vapor ao meio
reacional. No estágio atual de desenvolvimento os sistemas mais estudados foram
os de níquel suportado em alumina e um dos maiores problemas é minimizar a
desativação por coque. Para melhorar a resistência dos catalisadores níquel
suportados em sílica e MCM-41 à desativação por coque propõe-se a adição de
metais alcalinos terrosos (Ca e Mg) como promotores, o que será avaliado com
testes de longa duração.
FINANCIADORES: FINEP/ RECAT NE e PETROBRAS/ CENPES
•
Oxidação Parcial do Metano
Estes projetos visam o desenvolvimento de catalisadores para a obtenção de
hidrogênio e sua aplicação em reformadores de células a combustível.
Atualmente o gás de síntese é obtido principalmente a partir da reforma a vapor de
hidrocarbonetos, utilizando catalisadores a base de níquel suportado em alumina,
num processo endotérmico, ou seja, energeticamente desfavorável. A oxidação
parcial do metano com oxigênio gera gás de síntese, surge como uma rota
alternativa à reforma a vapor, sendo termodinamicamente favorecido a
temperaturas suficientemente elevadas, e de cinética muito rápida:
CH4 + ½ O2 → CO + 2 H2
∆H 1300K = -22 kJ/ mol de CH4
Porém, outras reações de oxidação fortemente exotérmicas podem acontecer
paralelamente:
CH4 + 3/2 O2 → CO + 2 H2O
∆H1300K = -519 kJ/ mol de CH4
CH4 + 2 O2 →CO2 + 2 H2O
∆H1300K = -802 kJ/ mol de CH4
Essas reações, fortemente exotérmicas elevam a temperatura do catalisador o
que pode causar perda de estabilidade, além de provocar severas limitações na
transferência de calor. Desse modo, os catalisadores utilizados nesse processo
devem apresentar elevada estabilidade térmica. Estudos realizados apontam os
seguintes catalisadores como promissores na oxidação parcial do metano a gás
de síntese: Ni/α-Al2O3, Ni/γ-Al2O3, Rh/α-Al2O3, hexaaluminatos de cálcio, bário e
estrôncio, monolitas recobertas com platina e ródio. Assim sendo, a geração de
hidrogênio a partir da oxidação parcial do metano, é um processo viável do ponto
de vista termodinâmico e cinético, constituindo-se num estudo de extrema
importância.
Neste projeto será estudado: o efeito de diferentes rotas de preparação, na
atividade catalítica e estabilidade térmica em sistemas a base de hexaaluminatos
de alcalinos terrosos e de lantânio e de hexaaluminatos modificados com níquel; a
caracterização dos catalisadores preparados;
o estudo cinético da oxidação
parcial do metano.
FINANCIADORES: PROCaC/ RedeH2/ FINEP/ CNPq.
2.2 Geração de energia utilizando o gás natural na combustão catalítica
A combustão catalítica do metano tem sido objeto de inúmeros estudos na última
década e apresenta-se como uma alternativa para a combustão convencional em
chama. O grande interesse desse tema reside no desenvolvimento de
combustores alternativos que possuam uma elevada eficiência na geração de
energia, ao tempo em que minimizem a emissão de poluentes tais como os óxidos
de nitrogênio, também denominados de NOx.
Neste projeto serão preparados catalisadores a base de paládio suportado em
alumina e hexaaluminatos de lantânio, bário e manganês. Esses catalisadores
serão caracterizados e avaliados na combustão do metano, para verificar-se a
atividade e a resistência térmica desses materiais. Os catalisadores que
apresentarem melhores desempenhos serão utilizados na preparação de
monotubos (modelo de catalisador monolítico).
FINANCIADOR: CTPETRO/CNPq
2.3 Obtenção de etileno pelo acoplamento oxidativo do metano
O acoplamento oxidativo tem como objetivo a conversão direta do metano em
etileno na presença de oxigênio. É uma rota muito interessante, e foi objeto de
inúmeras publicações e patentes, sobretudo na década de 80. Os sistemas mais
utilizados são constituídos por óxidos mistos de metais alcalinos, alcalinos
terrosos e lantanídeos
A Profa. Soraia Brandão durante seu doutorado (Politecnico di Milano/ Università
degli Studi di Milano/ Snamprogetti-ENI) desenvolveu sistemas catalíticos muito
promissores para esta aplicação, chegando a obter para a conversão de metano
de 20%, seletividade de etileno de 30% na temperatura de 750°C .
3. CONVERSÃO CATALÍTICA DE BUTENOS
•
Isomerização dos butenos lineares a isobuteno
A isomerização dos butenos lineares a isobuteno apresenta-se como um dos
grandes desafios da catálise heterogênea, pois se trata de uma reação cujas
limitações cinéticas requerem a utilização de sistemas catalíticos contendo grande
densidade de sítios ácidos fortes, além de temperaturas relativamente elevadas
(acima de 200oC). A importância desse processo consiste no fato de se obter
isobuteno, matéria de maior valor agregado que os butenos lineares, amplamente
utilizado obtenção de polímeros, bem como na síntese do metil-terc-butil-éter e
etil-terc-butil-éter (MTBE e ETBE) os quais possuem propriedades antidetonantes.
Encontram-se
em
fase
de
investigação
catalisadores
a
base
de
heteropolicompostos e peneiras moleculares, preparados, caracterizados por
infravermelho, análise térmica (TG/DTA), medida de área específica por adsorção
de nitrogênio (método B.E.T.) e avaliados em microreator.
FINANCIADOR: CNPq
PROJETOS
1) NOME DO PROJETO: Rede Cooperativa em Catálise de Polimerização de
Olefinas a Altas Pressões e Temperaturas UFBA/UFAL/POLITENO
ANO DE ÍNÍCIO: 11/2002
TÉRMINO: 11/2005
BREVE DE DESCRIÇÃO:
Metalocenos são complexos organometálicos extremamente ativos na
polimerização olefinas e a depender da estrutura do complexo, é possível obter
uma grande variedade de polímeros.
Os trabalhos desenvolvidos neste projeto consistem no estudo do efeito da
composição
de
sistemas
catalíticos
do
tipo
Ph2C(Cp)(Flu)ZrCl2/
Me2PhNH.B(C6F5)4/ (i-Bu)3Al aplicados na polimerização do etileno sob alta
temperatura e pressão.
EQUIPE:
Soraia Teixeira Brandão / Coordenador (UFBA)
Zênis Novais da Rocha (UFBA)
Emerson Andrade Sales (UFBA)
Jaime Soares Boaventura (UFBA)
Maria Luiza dos Santos Correa (UFBA)
Nádia Mamede José (UFBA)
Simoni Plentz Meneghetti (UFAL)
Mário Meneghetti (UFAL)
NÚMERO DE ALUNOS ENVOLVIDOS: 4
FINANCIADORES: FAPESB/ FINEP e POLITENO
2) NOME DO PROJETO: SÍNTESE DE METALOCENOS E SUA APLICAÇÃO
EM POLIMERIZAÇÃO DE OLEFINAS A ALTAS TEMPERATURAS
ANO DE ÍNÍCIO: 11/2002
TÉRMINO: 06/2005
BREVE DE DESCRIÇÃO:
Foi realizado o estudo da modificação do metaloceno RPh2C(Cp)(Flu)ZrCl2, sendo
R= Me e F, com vistas ao aumento de estabilidade térmica e atividade catalítica.
Os sistemas catalíticos RPh2C(Cp)(Flu)ZrCl2 + (i-Bu)3Al + Me2PhNH.B(C6F5)4
foram avaliados na polimerização de olefinas e α-olefinas em processos a altas
pressões e temperaturas, no que diz respeito, principalmente, à atividade, tempo
de vida e características dos materiais obtidos.
EQUIPE:
Soraia Teixeira Brandão / Coordenador (UFBA)
Zênis Novais da Rocha (UFBA)
Emerson Andrade Sales (UFBA)
Jaime Soares Boaventura (UFBA)
Maria Luiza dos Santos Correa (UFBA)
Nádia Mamede José (UFBA)
Simoni Plentz Meneghetti (UFAL)
Mário Meneghetti (UFAL)
NÚMERO DE ALUNOS ENVOLVIDOS: 6
FINANCIADORES: FINEP (Fundo setorial verde-amarelo) e POLITENO
3) NOME DO PROJETO: COMBUSTÃO CATALÍTICA DO GÁS NATURAL
APLICADA EM TURBINAS A GÁS
ANO DE ÍNÍCIO: 01/2001
TÉRMINO: 04/2005
BREVE DE DESCRIÇÃO:
A combustão catalítica do metano tem sido objeto de inúmeros estudos na última
década e apresenta-se como uma alternativa para a combustão convencional em
chama. O grande interesse desse tema reside no desenvolvimento de
combustores alternativos que possuam uma elevada eficiência na geração de
energia, ao tempo em que minimizem a emissão de poluentes tais como os
óxidos de nitrogênio, também denominados de NOx.
Neste projeto serão preparados catalisadores a base de paládio suportado em
alumina e hexaaluminatos de lantânio, bário e manganês. Esses catalisadores
serão caracterizados e avaliados na combustão do metano, para verificar-se a
atividade e a resistência térmica desses materiais. Os catalisadores que
apresentarem melhores desempenho serão utilizados na preparação de
monotubos (modelo de catalisador monolítico).
Equipe:
Soraia Teixeira Brandão / Coordenador (UFBA)
Emerson Andrade Sales (UFBA)
Jaime Soares Boaventura (UFBA)
Maria Luiza dos S. Corrêa (UFBA)
Lílian Maria Tosta Simplício (doutoranda IQ-UFBA)
NÚMERO DE ALUNOS ENVOLVIDOS: 4
FINANCIADORES: FINEP/CTPETRO
4)
NOME
DO
PROJETO:
POLIMERIZAÇÃO DE OLEFINAS
NOVOS
CATALISADORES
PARA
A
ANO DE ÍNÍCIO: 06/2005
TÉRMINO: 06/2007
BREVE DE DESCRIÇÃO:
A 5a geração de catalisadores Ziegler-Natta (Z-N) é uma classe formada por
compostos de coordenação a base de metais de transição do bloco d dos últimos
grupos.Dentre tais complexos, destacam-se aqueles a base de Ni, Co ou Fe
coordenados a derivados nitrogenados tridentados. Neste contexto, acreditamos
que complexos de rutênio(II) podem apresentar atividade em processos de
polimerização de etileno altamente ramificados. Para estudá-los, pretende-se
sintetizar uma classe de complexos coordenativamente insaturados de rutênio,
buscando-se boas performances a partir da modelagem do ligante.
EQUIPE:
Soraia Teixeira Brandão/ Coordenador (UFBA)
Zênis Novais da Rocha (UFBA)
Maria Luiza dos Santos Corrêa (UFBA)
Jaime Soares Boaventura Filho (UFBA)
Emerson Andrade Sales (UFBA)
Adelaide Maria Vieira Viveiros (UFBA)
Kleber Ferreira Queiroz (UFBA)
NÚMERO DE ALUNOS ENVOLVIDOS: 4
FINANCIADORES: FAPESB (CTINFRA)
Dados dos colaboradores
Alunos
1. Lilian Maria Tosta Simplício
Email: [email protected]
2. Márcio Cunha dos Santos
Email: [email protected]
3. Marcos Aurélio da Silva
Email: [email protected]
4. Tatiana Pinto Pedreira Daltro
Email: [email protected]
5. Daniela Domingos
Email: [email protected]
6. Rogério Santos Oliveira
Email: [email protected]
7. Otanéa de Oliveira Brito
Email: [email protected]
8. Marcionila Alexander G. dos Prazeres
Email: [email protected]
9. Genicleide Sousa Estrela
Email: [email protected]
Membros Externos
Prof. Dr. Mario Roberto Meneghetti (UFAL)
Email: [email protected]
Dr. Simoni Plentz meneghetti (UFAL)
Email: [email protected]