SÍNTESE E CARACTERIZAÇÃO DO CATALISADOR Au-Pd/SrCO3 PARA A REAÇÃO DE OXIDAÇÃO AERÓBICA DO ÁLCOOL BENZÍLICO

Abstract

RESUMO A oxidação de álcoois gera produtos bastante importantes para diversos setores da indústria. Porém, o uso de oxidantes estequiométricos traz danos ao meio ambiente, além de terem um valor elevado. Nesse contexto, o oxigênio molecular (O2) é uma alternativa limpa que deve ser explorada. Entretanto, a oxidação aeróbica de álcoois é pouco seletiva e apresenta baixa conversão. Dessa forma, o desenvolvimento de catalisadores heterogêneos ativos e seletivos poderia minimizar essa desvantagem, como nanopartículas de Au-Pd (Au-PdNps) suportadas em um material sólido. A escolha do suporte com características alcalinas, como o carbonato de estrôncio (SrCO3), pode mitigar a adição de uma base solúvel necessária para iniciar o processo catalítico e que acrescenta uma etapa de separação ao fim do processo. Por conseguinte, o presente trabalho sintetizou o catalisador de Au-Pd/SrCO3 para oxidação aeróbica do álcool benzílico. As Au-PdNps foram suportadas no SrCO3 pela mistura do suporte com um sol de Au e Pd, previamente preparado pela redução das espécies metálicas com borohidreto de sódio (NaBH4) e estabilizado com álcool polivinílico (PVA). As imagens de microscopia eletrônica de transmissão (MET) mostraram que as Au-PdNPs se distribuíram uniformemente pelo suporte e apresentaram tamanho médio de partícula de 4,64 ±1,42 nm. A partir de planejamentos fatoriais (24) completos, para as respostas de rendimento de benzaldeído e de benzoato de benzila, obtiveram-se as condições ótimas de reação de 1 bar de pressão de O2, 2,5h, 120 °C e razão molar de Au:Pd de 1:1,5 para maximizar o rendimento de benzaldeído, e de 5 bar pressão de O2, 2,5h, 120 °C e razão molar de Au:Pd de 1:1,5 para maximizar o rendimento de benzoato de benzila. Portanto, foi obtido um catalisador em que a seletividade da reação de oxidação aeróbica do álcool benzílico é mutável de acordo com a variação de uma condição, ou seja, a pressao de O2. Ademais, o catalisador manteve atividade catalitíca acima de 90% e seletividade para benzaldeído em torno de 80% após o sexto ciclo reacional. Consequentemente, SrCO3 suportou Au-PdNPs com êxito, produzindo um catalisador heterogêneo com potencial para aplicações industriais. ABSTRACT Products from the oxidation of alcohols are important in several industrial areas. Nevertheless, the application of stoichiometric reagents is detrimental for the environment, in addition to their high values. In this scenario, molecular oxygen (O2) is a green alternative that must be explored. However, aerobic oxidation of alcohols is not selective and has a low conversion. Thus, the development of highly active and selective heterogeneous catalysts could diminish this drawback. For that reason, Au-Pd nanoparticles (Au-PdNPs) supported on a solid material is an option. The choice of support with basic properties, such as strontium carbonate (SrCO3), can mitigate the addition of a soluble base, which is necessary to start the catalytic process and adds a separation step at the end of the process. Therefore, we synthesized the Au-Pd/SrCO3 catalyst for aerobic oxidation of benzyl alcohol. The SrCO3 supported the Au-PdNPs by mixing the support with an Au-Pd sol, previously prepared by reducing the metal species with sodium borohydride (NaBH4) and stabilized with polyvinyl alcohol (PVA). Transmission electron microscopy (TEM) images showed that the Au-PdNPs are uniformly distributed all over the support and had an average particle size of 4.64 ± 1.42 nm. From the full factorial designs (24) for benzaldehyde and benzyl benzoate yield responses, the optimal reaction conditions of 1 bar of O2 pressure, 2.5h, 120 °C and Au-Pd molar ratio of 1:1.5 were obtained to maximize the benzaldehyde yield, while 5 bar of O2 pressure, 2.5h, 120 °C, and Au-Pd molar ratio of 1:1.5 was observed to be important to maximize the benzyl benzoate yield. As a result, the catalyst is selective-switchable for the benzyl alcohol oxidation by change O2 pressure of the system. Also, the catalyst maintained a catalytic activity over 90% and a benzaldehyde selectivity around 80% even after the sixth reaction cycle. Consequently, SrCO3 successfully supported Au-PdNPs, yielding a heterogeneous catalyst with potential for industrial applications.