Pesquisadores da UJ dão um novo passo para transformar a hidrogenação em um cofre, processo de baixa energia. Eles usam uma emulsão trifásica muito estável para transformar um resíduo tóxico em matéria-prima valiosa. O processo não precisa de inflamável, gás hidrogênio comprimido.

A catálise da emulsão hidrogena o nitrobenzeno eficientemente à temperatura ambiente para produzir anilina. A anilina é amplamente utilizada na indústria farmacêutica. O catalisador de hidrogenação bimetálico é totalmente recuperado posteriormente.

Sem hidrogenação, não seria possível fabricar muitos dos medicamentos atuais. É um processo de base para as indústrias farmacêutica e química. Mas o hidrogênio é caro. As medidas de segurança para evitar explosões em fábricas e laboratórios também são caras.

Contudo, se o hidrogênio comprimido não for necessário, economias significativas são possíveis. Isso também significa que muitos processos químicos podem ser muito mais seguros e fáceis de trabalhar.

Químicos da Universidade de Joanesburgo demonstraram isso, em pesquisa publicada em Colóides e superfícies .

Eles converteram nitrobenzeno em anilina, usando um processo de hidrogenação catalisada em uma emulsão Pickering.

O processo de emulsão tem o potencial de ser um processo de hidrogenação industrial muito mais seguro do que os atualmente em uso.

"As emulsões pickering existem há 150 anos. Mas o uso delas para catálise só surgiu em 2014, "diz o Prof Reinout Meijboom. Meijboom é um pesquisador do departamento de Ciências Químicas.

Iogurte, é um exemplo de uma emulsão Pickering. Tal emulsão é uma mistura de partículas que se dissolvem prontamente em água, e partículas que se dissolvem prontamente em óleo. O que torna o iogurte uma emulsão Pickering é que ele também contém enzimas, que são partículas sólidas que não se dissolvem.

O nitrobenzeno é produzido em grandes quantidades globalmente como resíduo da fabricação de produtos químicos. É altamente tóxico, poluente orgânico persistente descrito pela OMS, EPA e CDC, entre outros.

A fabricação de poliuretanos utiliza nitrobenzeno como intermediário. Também é usado como solvente no refino de petróleo. As águas residuais dos fabricantes de corantes geralmente contêm nitrobenzeno. É um líquido oleoso e apresenta risco de incêndio.

A anilina é um produto industrialmente significativo. É uma matéria-prima para um grande número de produtos químicos, incluindo muitos medicamentos.

O processo que os pesquisadores projetaram usa tolueno para dissolver o nitrobenzeno. Isso forma o primeiro, fase orgânica ou tolueno do processo. Para a segunda fase aquosa, eles dissolveram boro-hidreto de sódio em água.

O catalisador é a terceira fase do processo. Consiste em microesferas de sílica modificadas e paládio. Eles também usaram um catalisador bimetálico, onde o paládio é combinado com cobalto ou níquel.

Se as três fases forem adicionadas, mas não misturado em uma emulsão, a combinação pode ser armazenada por dias ou semanas, diz Meijboom. Uma pequena quantidade de hidrogenação ocorre, mas o processo só começa realmente depois que uma emulsão adequada é formada.

O catalisador também atua como um emulsificante estabilizador.

Quando as três fases são misturadas em uma emulsão, o catalisador dá o pontapé inicial no processo de hidrogenação. A formação da emulsão leva alguns segundos. A reação leva cerca de duas horas em escala de laboratório.

O hidrogênio necessário para a hidrogenação é fornecido pelo boro-hidreto de sódio dissolvido. A hidrogenação acontece de forma eficiente à temperatura ambiente, o que economiza energia.

Não há necessidade de hidrogênio armazenado ou canalizado. Isso remove a maior parte do risco de explosão do processo.

O processo trifásico em uma emulsão Pickering tem a vantagem de uma superfície catalítica muito maior, em comparação com um processo de fase única ou de duas fases, diz Meijboom.

A eficiência catalítica pode ser ajustada ajustando a proporção de volume das fases de tolueno e água no sistema de emulsão Pickering.

"Cada gota de solução de tolueno e nitrobenzeno na emulsão torna-se efetivamente um microrreator. É assim que o processo pode ser ajustado para ser eficiente à temperatura ambiente, " ele adiciona.

Depois que a hidrogenação for concluída, a emulsão resultante é estável o suficiente para armazenamento por alguns dias, antes de separar a anilina.

O estudo é o primeiro uso eficiente de um catalisador de paládio bimetálico para a hidrogenação de um composto aromático em um sistema de emulsão Pickering à base de água, diz o Sr. Peter Dele Fapojuwo. É pesquisador de pós-graduação do departamento.

"Ao adicionar níquel ou cobalto ao catalisador, melhoramos a dispersão do paládio na superfície do emulsificante, " ele adiciona.

O paládio é muito mais caro do que o níquel ou cobalto, assim, o uso do catalisador bimetálico reduz ainda mais os custos.

"O uso de partículas sólidas como catalisadores e emulsionantes, ou estabilizador, representa menos ameaça ao meio ambiente em comparação com o surfactante convencional. Sua composição é menos tóxica, "diz Fapojuwo.

A plataforma de reação é significativamente mais segura ao usar borohidreto de sódio como redutor, ao invés de hidrogênio, ele adiciona.

"A hidrogenação usando hidrogênio derivado do petróleo não é totalmente ecológica nem economicamente viável. Requer hidrogênio de alta pressão, que exige equipamento de reator caro. Isso aumenta os custos do processo, " ele adiciona.

"Em teoria, este processo pode ser adaptado para manter uma fase em um reator de leito fixo e fazer a síntese de fluxo. O resultado seria um processo contínuo de reações catalíticas entre duas fases imiscíveis, "diz Meijboom.

"Esta é a fase de prova de princípio. Estamos trabalhando para generalizar o processo, " ele diz.

"Projetamos um processo que pode ser expandido para uma variedade de reações industrialmente importantes.

"Usando a química da emulsão, temos um sistema onde o catalisador, emulsionante, fase aquosa e fase orgânica se misturam em um sistema extremamente estável, "diz Meijboom.