PROCESSOS CATALÍTICOS E A RECUPERAÇÃO DE CATALISADORES

As reações químicas são caracterizadas pelo consumo dos reagentes e a formação dos produtos, contudo a velocidade em que isto ocorre depende de diversos fatores.  Alguns dos principais fatores que afetam a velocidade de uma reação são: a concentração dos reagentes, temperatura, estado físico dos reagentes e intensidade da luz e, ainda, a presença de catalisadores.

O uso de catalisadores vem acontecendo há cerca de 2000 anos, quando, durante a produção de vinhos, queijos e pães, observou-se que ao se adicionar uma pequena porção da batelada anterior à batelada atual, a produção tornava-se mais eficiente. Entretanto, apenas em 1835 foi que Berzelius, juntamente com outros químicos, inferiram que algum agente exterior era o segredo que influenciara as produções de forma significativa, o qual ficou conhecido como força catalítica. Cerca de 60 anos após a conclusão de Berzelius, Ostwald concluiu que os catalisadores eram elementos capazes de acelerar a velocidade das reações químicas sem que sejam alterados durante o processo.

Jacob Berzelius

A velocidade da reação pode ser alterada com o uso de catalisadores pelo fato de este ser capaz de modificar a rota da reação, ou seja, a reação, na presença do catalisador, ocorrerá através de um mecanismo mais “curto”.  Um exemplo desse processo pode ser observado na reação entre H2 e O2. Em temperatura ambiente, esta reação requer uma elevada energia de ativação para ocorrer se comparada quando na presença da platina (Figura 1), que exige menor energia de ativação reduzindo, desta maneira, a taxa da reação. Os catalisadores estão presentes em diversos setores da indústria química, como a farmacêutica, a petroquímica, purificação e conversão de compostos orgânicos e na produção de polímeros.

Figura 1 – Reação H_2+O_2→H_2 O_2

As reações catalíticas podem ser classificadas em homogênea e heterogênea. Na catálise homogênea, todas as substâncias se encontram no mesmo estado físico, ou seja, em uma reação entre líquidos, o catalisador também estará na fase líquida. Por outro lado, na catálise heterogênea a reação, que ocorre entre líquidos ou gases, possui um catalisador na fase sólida e ocorre na interface sólido-líquido. Pode ser citado como exemplo de catálise heterogênea a reação utilizando platina sobre alumina (Al3O2) em processos petroquímicos com o objetivo de se alcançar elevados graus de octanagem. Os diferentes tipos de catalisadores utilizados nestas reações também recebem diferentes classificações, podendo ser enzimáticos, metálicos, ácidos e básicos, apresentando economia de tempo e de energia.

Reforma de naftas de petróleo

Os processos homogêneos apresentam algumas desvantagens, é um processo mais complexo que o heterogêneo, a purificação do produto é uma etapa árdua, ainda, o processo de recuperação do catalisador apresenta técnicas limitadas. Em contrapartida, a catálise heterogênea apresenta processo de refinamento menos dispendioso, obtenção de produtos com maior grau de pureza e qualidade e possibilidade de reutilização do catalisador.

O uso de complexos de metais de transição em catálises homogêneas é inviabilizado devido à etapa de destilação para recuperação do catalisador, onde pode haver formação de subprodutos e a desativação de sua propriedade catalítica. No entanto, existem vias alternativas que podem ser aplicadas previamente à destilação como, por exemplo, precipitação e regeneração antes da destilação; recuperação através da ancoragem dos catalisadores de complexos metálicos em sólidos ou macromoléculas por meio de ligações covalentes ou iônicas, seguida de filtração; podem ser utilizados solventes que, após a catálise, apresentarão duas fases, uma contendo o catalisador e a outra, os produtos.

Diferentemente da catálise homogênea, para a catálise onde fases distintas estão presentes, a recuperação do material catalítico é mais simples, viável e ainda apresenta a possibilidade de redução de custo do processo uma vez que o catalisador pode ser reutilizado. Estes catalisadores, como o KOH/Al2O3, são amplamente utilizados na produção de biodiesel e por se encontrarem em fase sólida, podem ser facilmente recuperados por meio de filtração. Contudo, é necessário que alguns pontos sejam observados para que não ocorra perda de material ou danificação do filtro devido às altas temperaturas de operação e uso de materiais corrosivos. Além disso, o tamanho do filtro deve ser adequado para o tamanho das partículas catalíticas e o filtro deve estar livre de contaminantes.

Mott HyPulse® – Filtro para separação catalítica

A recuperação dos catalisadores é importante para que se mantenha a ideia de otimização das atividades reacionais e manutenção da redução de custos uma vez que estas partículas apresentam preços elevados.

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Autoria de: Camila Teles de Rietra Garcia

Estudante de Engenharia Química da Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM) – Diamantina, MG.

Fonte: Classification of Catalysts, CATALYST FILTRATION for the Chemical Processing Industry using Mott LSI Backwash Filter Media, Desenvolvimento de materiais catalisadores heterogêneos a base de estrôncio (Sr) e Zircônio (Zr) para a transesterificação de óleos e gorduras – síntese, caracterização e performance reacional, Processo para recuperação de catalisadores de complexos de metais de transição, The rate of a chemical reaction, FOGLER, H. S. Elementos de engenharia das reações químicas 3 ed. Rio de Janeiro: LTC, p. 744-756, 2002.