Poli (líquidos iônicos) celulósicos aplicados como catalisadores heterogêneos para transformação química do CO2 em carbonatos cíclicos

Abstract

O uso das tecnologias de captura e armazenamento de carbono (CCS) e de captura utilização do carbono (CCU) vêm sendo apontadas como possibilidades para mitigar os efeitos causados pela liberação deliberada de elevadas concentrações de CO2 na atmosfera. A utilização do CO2 em reações de cicloadição em epóxidos para obter carbonatos cíclicos vem se mostrando uma possibilidade interessante para reduzir a emissão de CO2 na atmosfera. Os carbonatos cíclicos são produtos de grande aplicabilidade como solventes na indústria química e são utilizados como matéria prima para uma vasta gama de produtos. Entretanto, o CO2 apresenta baixa reatividade tornando-se necessário o uso de catalisadores para otimizar tais reações. Os poli(líquidos iônicos) (PILs) vêm se mostrando como possíveis catalisadores alternativos, demonstrando-se seletivos, recicláveis e gerando considerável conversão. Neste trabalho foram testados poli(líquidos iônicos) celulósicos (CPIL), obtidos a partir da casca do arroz, como catalisador heterogêneo. A extração da celulose foi realizada por um método químico. A modificação química das fibras de celulose foi realizada a partir do tratamento com ácido cítrico e a funcionalização desta com 3 mmol dos líquidos iônicos BMIM Cl, TBAB, TBPB e BMPYRR formando CPIL-BMIM, CPIL-TBA, CPIL-TBP e CPIL-BMPYRR. As reações de cicloadição foram realizadas com os óxidos de propileno e estireno com diferentes pressões de CO2 (15, 25, 30 e 40 bar) e temperaturas (90, 110, 120 e 130°C) durante (3, 6 e 9h), todas as reações foram realizadas sem a utilização de solventes. O produto obtido foi caracterizado por cromatografia gasosa (CG) , espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) e Ressonância Magnética Nuclear (1H RMN). Os resultados demonstraram melhores rendimentos para CPIL-TBP e CPIL-TBA, cujos valores foram de 53,2% e 39% respectivamente para o carbonato de propileno e de 67,3% para o carbonato de estireno utilizando o CPIL-TBP. Quando o cocatalisador ZnBr2 foi utilizado, houve um aumento na a atividade catalítica destes catalisadores, para o CPIL-TBP os rendimentos foram de 71,4 % para o carbonato de propileno e 78,7% para o carbonato de estireno. Para o CPIL-TBA o aumento no rendimento de carbonato de propileno foi de 67,7%.

Carbon capture and storage (CCS) and carbon capture and utilisation(CCU) technologies has been pointed out as possibilities to mitigate the effects caused by the massiverelease of CO2 into the atmosphere. The use of CO2 in cycloaddition reactions toepoxides obtaining cyclic carbonates is an interesting possibility to reduce CO2emission. Cyclic carbonates are products of great applicability as solvents in the chemical industry and are used as raw material for a wide range of products. Meanwhile, the use of CO2 for a cycloaddition reaction requires a large amount of energy being necessary the use of catalysts in order to optimize such reactions. Poly (ionic liquids) (PIL) are alternative catalysts due its selective, recyclability and conversion. In this work, cellulosic poly(ionic liquids) (CPIL) obtained from rice husk were testedas heterogeneous catalyst. Cellulose extraction was carried out by chemical method. A chemical modification of the cellulose fibers was carried out by the treatment with citric acid and functionalization with 3 mmol of the ionic liquids BMIM Cl, TBAB, TBPB and BMPYRR to form CPIL-BMIM, CPIL-TBA, CPIL-TBP and CPIL-BMPYRR), without addition of solvents. Cyclo addition reactions were carried out with propylene and styrene oxides with different CO2 pressures(25, 30 and 40 bar) and temperatures (90, 110 and 120 °C) for 6 h. The obtained product was characterized by gas chromatography (GC), Fourier Transform Infrared Spectroscopy(FTIR)and Nuclear Magnetic Resonance (1H NMR). The results showed better yields for CPIL-TBP and CPIL-TBA, whose values were 53.2% and 39% respectively for propylene carbonate and 67.3% for styrene carbonate using CPIL-TBP. When the ZnBr2 cocatalyst was used, there was an increase in the catalytic activity of these catalysts. For CPIL-TBP the yields were 71.4% for propylene carbonate and 78.7% for styrene carbonate. For CPIL-TBA the increase in propylene carbonate yield was 67.7%.