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ORCID:  http://orcid.org/0000-0001-5404-2757
Tipo do documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso Embargado
Término do embargo: 2026-06-06
Título: Estudos de sulfonação de Polissulfona e Polieterimida e suas aplicações como catalisadores ácidos heterogêneos em reações de esterificação e transesterificação para produção de biocombustíveis
Título(s) alternativo(s): Studies on the Sulfonation of Polysulfone and Polyetherimide and Their Applications as Heterogeneous Acid Catalysts in Esterification and Transesterification Reactions for Biofuel Production
Autor(es): Souza, Altamiro Xavier de
Primeiro orientador: Morais, Luís Carlos de
Primeiro coorientador: Pasquini, Daniel
Primeiro membro da banca: Assunção, Rosana Maria Nascimento de
Segundo membro da banca: Santos, Sandro Luiz Barbosa dos
Terceiro membro da banca: Beatriz, Adilson
Quarto membro da banca: Guimarães, Carolina Ramos Hurtado
Quinto membro da banca: Morais, Luís Carlos de
Resumo: A pesquisa investigou a sulfonação homogênea de Polissulfona (PSU) e Polieterimida (PEI) usando ácido acetilsulfúrico (AASU) em diclorometano, resultando em produtos com graus médios de sulfonação ((GS) ̅) de 0,534 a 3,022 para PSU-S e de 0,146 a 3,569 para PEI-S, conforme análise termogravimétrica. Esses valores estão dentro da faixa esperada por estudos teóricos. Foram produzidos compósitos de polímeros virgens e sulfonados com adição de nanopartículas magnéticas de MnFe₂O₄ e fibras obtidas por eletrofiação e eletrofiação centrífuga (EC). A técnica de EC gerou fibras de PSU-S com capacidade de troca iônica (CTI) de 0,784 a 4,005 meq/g e espessuras variando entre 800 nm e 470 nm. Também foram obtidas fibras de PEI-S com CTI de 1,124 meq/g usando AASU, além de PSU e PEI reticuladas e sulfonadas em uma única etapa com ácido sulfúrico concentrado, ácido acético glacial e paraformaldeído. Esses polímeros sulfonados e reticulados mostraram-se resistentes à solubilização em diclorometano e clorofórmio, permitindo sua reutilização em processos catalíticos. Diversos materiais foram produzidos e, neste momento, serão destacados aqueles que mais se sobressaíram na esterificação do ácido oleico (AO) com metanol para produzir oleato de metila (OMe). A PSU-S pulverizada, com CTI de 3,200 meq/g, converteu 85,2% de AO em 10 minutos a 65ºC, enquanto a PEI-S pulverizada, com CTI de 3,640 meq/g, atingiu 83% nas mesmas condições. A PSU-S eletrofiada (4,005 meq/g) converteu 95% de AO em 30 minutos a 65ºC. Compósitos de PSU com carvão de casca de soja sulfonada (10% m/m polímero/carvão de CTI igual a 5,827 meq/g) converteram 69,9% de AO em 10 minutos a 65ºC, chegando a 97% em 30 minutos. Os compósitos de PEI com o mesmo carvão atingiram 38,6% em 10 minutos e 94,2% em 60 minutos na mesma temperatura. Os polímeros sulfonados e reticulados apresentaram conversões em OMe de 78,6% para PSU e 47,7% para PEI em 60 minutos, ambos a 65ºC, porém as CTIs necessitam ser melhor avaliadas, pois ocorreu elevada dispersão entre as medidas analíticas. A combinação de metodologias de sulfonação, técnicas de eletrofiação e a obtenção de compósitos sulfonados abre novas frentes de pesquisa e aplicações tecnológicas. Esses desenvolvimentos são promissores para a criação de novos materiais com potencial de uso como membranas catalíticas em reatores, otimizando o uso de recursos naturais e reduzindo o impacto ambiental.
Abstract: The research investigated homogeneous sulfonation of Polysulfone (PSU) and Polyetherimide (PEI) using acetyl sulfuric acid (ASUA) in dichloromethane. The products obtained had average degrees of sulfonation ((DS) ̅) ranging from 0.534 to 3.022 for PSU-S, and from 0.146 to 3.569 for PEI-S, according to thermogravimetric analysis. These values are consistent with those expected from theoretical studies. Composites of virgin and sulfonated polymers were produced with addition of MnFe₂O₄ magnetic nanoparticles and fibers obtained by electrospinning and centrifugal electrospinning (CES). CES technique produced PSU-S fibers with ion exchange capacity (IEC) from 0.784 to 4.005 meq/g and thicknesses ranging from 800 nm to 470 nm. PEI-S fibers with IEC of 1.124 meq/g were also obtained with ASUA, in addition to PSU and PEI crosslinked and sulfonated in a single step with concentrated sulfuric acid, glacial acetic acid, and paraformaldehyde. These sulfonated and crosslinked polymers exhibited resistance to solubilization in dichloromethane and chloroform, enabling their reuse in catalytic processes. Several materials were produced, focusing on those that stood out the most in the esterification of oleic acid (OA) with methanol to produce methyl oleate (MeO), will be highlighted. Pulverized PSU-S, with an IEC of 3.200 meq/g, converted 85.2% of OA within 10 minutes at 65°C, while pulverized PEI-S, with an IEC of 3.640 meq/g, achieved 83% under the same conditions. Electrospun PSU-S (4.005 meq/g) converted 95% of OA in 30 minutes at 65°C. Composites of PSU with sulfonated soybean hull carbon (10% w/w polymer/carbon with IEC of 5.827 meq/g) converted 69.9% of OA in 10 minutes at 65°C, reaching 97% in 30 minutes. Composites of PEI with the same carbon reached 38.6% in 10 minutes and 94.2% in 60 minutes at the same temperature. Sulfonated and crosslinked polymers exhibited MeO conversions of 78.6% for PSU and 47.7% for PEI in 60 minutes at 65°C, although IECs require further evaluation due to high dispersion among analytical measurements. The combination of sulfonation methodologies, electrospinning techniques, and the production of sulfonated composites opens new avenues for research and technological applications. These advancements are promising for creating new materials with potential use as catalytic membranes in reactors, optimizing the utilization of natural resources, and reducing environmental impact.
Palavras-chave: Sulfonação Homogênea
Sulfonação Heterogênea
Ácido Acetilsulfúrico
Eletrofiação
Eletrofiação Centrífuga
Biocombustíveis
Catalisador Ácido Heterogêneo
Homogeneous Sulfonation
Heterogeneous Sulfonation
Acetyl Sulfuric Acid
Electrospinning
Centrifugal Electrospinning
Biofuels
Heterogeneous Acid Catalyst
Área(s) do CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
Assunto: Biocombustível
Impacto ambiental
Polímeros
Idioma: por
País: Brasil
Editora: Universidade Federal de Uberlândia
Programa: Programa de Pós-graduação em Biocombustíveis
Referência: SOUZA, Altamiro Xavier de. Estudos de sulfonação de polissulfona e polieterimida e suas aplicações como catalisadores ácidos heterogêneos em reações de esterificação e transesterificação para produção de biocombustíveis. 2024. 239 f. Tese (Doutorado em Biocombustíveis) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia. 2024. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2024.463.
Identificador do documento: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2024.463
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/42222
Data de defesa: 6-Jun-2024
Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS): ODS::ODS 7. Energia limpa e acessível - Garantir acesso à energia barata, confiável, sustentável e renovável para todos.
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