Eletrosíntese de metanol e etilenoglicol utilizando eletrodo de difusão de gás
Robson da Silva Rocha
TESE
Português
T/UNICAMP R582e
[Electrosynthesis of methanol and ethyleneglicol using gas diffusion electrode]
Campinas, SP : [s.n.], 2010.
154 p. : il.
Orientador: Rodnei Bertazzoli
Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica
Resumo: O etilenoglicol é um composto orgânico com vasta aplicação em diversos setores da indústria química. Embora as aplicações mais conhecidas sejam como líquido anti-congelante ou na composição de fluídos hidráulicos, o maior consumo deste composto está na fabricação de resinas poliéster...
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Resumo: O etilenoglicol é um composto orgânico com vasta aplicação em diversos setores da indústria química. Embora as aplicações mais conhecidas sejam como líquido anti-congelante ou na composição de fluídos hidráulicos, o maior consumo deste composto está na fabricação de resinas poliéster saturadas e insaturadas, além de poliuretanos. A produção de etilenoglicol, ou etano-1,2-diol, é feita a partir da reação do óxido de etileno, ou 1,2-epoxietano, com água na presença de um catalisador, como ácido sulfúrico diluído, na temperatura de 60 ºC, porém a síntese do óxido de etileno demanda 300 ºC e 20 atm para a reação alcançar elevados níveis de rendimento. Neste trabalho propõe-se uma alternativa para a obtenção convencional do óxido de etileno, que, no eletrólito aquoso, forma-se etilenoglicol. O processo de oxidação do gás etileno utilizou-se eletrodos de difusão gasosa (EDG). O EDG foi produzido por pressão e sinterização dos óxido de titânio e rutênio. Os eletrodos foram caracterizados física e eletroquimicamente. Os eletrodos de difusão gasosa de Ti/Ru e Ti/Ru/V2O5 foram testados preliminarmente utilizando o metano como gás de trabalho e os resultados mostraram que o EDG de óxidos metálicos possui a propriedade de oxidar o metano formando metanol, formaldeído e ácido fórmico. Quando se utilizou o EDG com 20% óxido de vanádio, (TiO2)0,661(RuO2)0,283(V2O5)0,056, observou-se uma melhora na formação do metanol, com a formação de 340 mg L-1 do álcool em 1 hora de experimento. Foi observada também uma melhora de 75% e 38% para as eficiências química e elétrica, respectivamente. Foi observada uma diminuição do consumo de energia quando comparado com o EDG com TiO2/RuO2. Durante os experimentos de oxidação do etileno, o EDG de TiO2/RuO2 mostrou a formação de etilenoglicol e etanol, com 161 mg L-1 e 41 mg L-1 respectivamente. A formação do etilenoglicol sem óxido de vanádio alcançou 36% de eficiência química, 18% de eficiência elétrica e um consumo de 9 kWh kg-1 de etilenoglicol formado. Os experimentos que utilizaram os eletrodos com 20% de óxido de vanádio apresentaram os melhores resultados para a formação do etanol se comparado com os experimentos sem catalisador, alcançando 47 mg L-1 de etilenoglicol e 98 mg L-1 de etanol com 9% de eficiência química e 14% de eficiência elétrica, ambos para a reação de formação do etilenoglicol. A adição de 20% de óxido de prata apresentou uma melhora nos resultados de formação do etilenoglicol, se comparados com o EDG com óxido de vanádio. Os resultados mostraram que a formação do etilenoglicol alcançou 195 mg L-1 e o etanol alcançou 16 mg L-1, para a reação de formação do etilenoglicol, os valores de eficiência alcançaram 37% e 34% para eficiência química e para a eficiência elétrica, respectivamente. O oxido de paládio foi também estudado com catalisador. Com 20% de catalisador, os resultados mostraram a maior formação de etilenoglicol, alcançando 209 mg L-1 e apenas 12 mg L-1 de etanol. A adição do óxido de paládio também promoveu uma melhora nos valores de eficiência para a reação de formação do etilenoglicol, 42% de eficiência química e 37% de eficiência elétrica. Durante os experimentos a corrente constante, o eletrodo com oxido de paládio também apresentou um melhor rendimento nos experimentos para a geração de etilenoglicol e etanol, com melhor seletividade para etilenoglicol
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Abstract: Ethyleneglycol is an organic compound with large application in various areas of the chemical industry. Although its most known applications are anti freezing liquid and hydraulic fluids, its major consumption is in the manufacture of saturated and unsaturated polyester resins and...
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Abstract: Ethyleneglycol is an organic compound with large application in various areas of the chemical industry. Although its most known applications are anti freezing liquid and hydraulic fluids, its major consumption is in the manufacture of saturated and unsaturated polyester resins and polymers. The ethylene glycol (ethane-1,2-diol) production is manufactured by the reaction of ethylene oxide (1,2 epoxyethane) with water in the presence of a catalyst, at temperature of 60 °C. Furthermore, ethylene oxide manufacturing is carried out at 300°C and 20 atm to reach high yields. In this work, an alternative method to the conventional synthesis of ethylene oxide/ethyleneglycol is proposed. Electro-oxidation of in aqueous medium is performed using gas diffusion electrodes (GDE). GDE were produced by pressing and sintering powder of titanium and ruthenium oxides, catalyzed by vanadium, palladium or silver, with PTFE. The electrodes were physically and electrochemically characterized. The gas diffusion electrodes of Ti/Ru and Ti/Ru/V2O5 were preliminarily tested using the methane as reactant and the results demonstrated that the GDE of metallic oxides have the property of to oxidize methane to methanol, formaldehyde and formic acid. When used the GDE with 20 % vanadium oxide, (TiO2)0,661(RuO2)0,283(V2O5)0,056, higher methanol generation rate was observed, with the formation of 340 mg L-1 of the alcohol in 1 hour of experiment. It was also observed an improvement of 75% and 38% in the chemical and electrical efficiencies, respectively. A decreasing in the energy consumption was also observed when compared to the performance of the GDE with TiO2/RuO2. During the experiments of ethylene oxidation the TiO2/RuO2 GDE showed a fair performance in the electrosynthesis of ethylene glycol and ethanol, with 161 mg L-1 and 41 mg L-1 respectively, in the experiments of one hour. The ethyleneglycol formation without catalyst reached 36% of chemical efficiency, 18% of electrical efficiency and an energy consumption of 9 kWh kg-1. The experiments that used the electrodes with 20% of vanadium oxide has showed best results to the ethanol formation when compared to the experiments without oxide vanadium. 47 mg L-1 of ethyleneglycol and 98 mg L-1 of ethanol concentrations were reached when vanadium oxide was incorporated to the electrode mass. Furthermore, 9% of chemical efficiency and 14% electrical efficiency in the ethyleneglycol formation reaction. The addition of 20% of silver oxide has showed a good improvement in the results of ethyleneglycol formation compared to the experiments carried out with the GDE catalyzed with vanadium oxide. The results have shown that the ethyleneglycol formation reached 195 mg L-1 and the ethanol, 16 mg L-1. Observed chemical efficiency and current efficiency were 37% and 34%, respectively. Palladium oxide was also tested as a catalyst. With 20% catalyst, a 209 mg L-1 and 12 mg L-1 of ethanol to ethanol her formation of ethyleneglycol, reaching. The addition of palladium oxide also promoted a higher efficiency to the reaction formation of ethyleneglycol, 42% of chemical efficiency and 37% electrical efficiency. During the experiments at constant current, electrode with palladium oxide also showed a best performance in the experiments for the generation of ethyleneglycol, with better selectivity for ethyleneglycol
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Bertazzoli, Rodnei, 1956-
Orientador
Olivi, Paulo
Avaliador
Bocchi, Nerilso
Avaliador
Silva, Meuris Gurgel Carlos da, 1955-
Avaliador
Tomaz, Edson, 1963-
Avaliador
Eletrosíntese de metanol e etilenoglicol utilizando eletrodo de difusão de gás
Robson da Silva Rocha
Eletrosíntese de metanol e etilenoglicol utilizando eletrodo de difusão de gás
Robson da Silva Rocha
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