Catálise

O que é um catalisador?

Na catálise utilizam-se catalisadores, substâncias químicas capazes de aumentar a velocidade de reação e a seletividade para os produtos de interesse, uma vez que diminuem a energia de ativação da etapa limitante da reação. O catalisador não é consumido ao longo da reação, pelo que pode ser reutilizado em vários ciclos de reação, aumentando assim a viabilidade do processo. O catalisador pode sofrer alterações que provoquem a sua desativação ou a redução da sua atividade catalítica e, nestes casos, é necessária uma etapa de regeneração antes da sua reutilização.

Soluções em catálise

No AIMPLAS trabalhamos tanto na síntese e modificação de catalisadores, como na sua posterior utilização em processos catalíticos, perseguindo diferentes objetivos:

• Síntese de materiais plásticos reduzindo o consumo energético e a toxicidade.
• Reciclagem química de plásticos para a obtenção de novos materiais de valor acrescentado. Melhoria do rendimento de processos de solvólise, craqueamento biológico, reciclagem enzimática e pirólise.
• Revalorização das emissões de CO₂ e de resíduos em produtos de química fina, polímeros e biocombustíveis renováveis.
• Catálise enzimática para atingir elevados rendimentos de degradação dos plásticos.

Como o fazemos?

1. Design e síntese de catalisadores à medida:
   Desenvolvimento de catalisadores adaptados a processos e aplicações específicas, otimizando a sua composição, estrutura e propriedades funcionais. Isto permite melhorar a eficiência da reação, a seletividade para os produtos desejados e a estabilidade do catalisador em condições reais de operação.
2. Modificação pós-síntese de catalisadores
   Modificação de catalisadores através de tratamentos térmicos e/ou superficiais para ajustar as suas propriedades estruturais ou de composição. Estas modificações permitem otimizar a atividade catalítica, melhorar a estabilidade do material ou adaptar catalisadores existentes a novas condições de processo.
3. Conformação de catalisadores (shaping)
   Desenvolvimento de processos de conformação de catalisadores em pó em formatos estruturados como pellets, extrudados ou monolitos, adequados para a sua implementação em reatores, o que permite melhorar a resistência mecânica, o manuseamento do material e o seu comportamento em operação.
   • Granulação
   • Espumação
   • Extrusão
   • Peletização
4. Escalonamento de processos de síntese de catalisadores (até escala piloto)
   Adaptação e otimização de processos de síntese de catalisadores desde a escala laboratorial (100 mL) até à escala piloto (100 L), assegurando a reprodutibilidade do processo e a consistência das propriedades do material. Este passo permite validar o catalisador em condições mais próximas da aplicação industrial.
5. Caracterização de catalisadores
   Estudo das propriedades físico-químicas e do comportamento catalítico através de técnicas avançadas de caracterização, o que permite compreender a relação entre a estrutura do material e o seu rendimento, bem como otimizar o seu desempenho em aplicação.

Tipos de catálise

A natureza química dos catalisadores é muito ampla. Dependendo de se encontram na mesma fase que o meio de reação ou não, distingue-se entre:

• Catálise homogénea »
• Catálise heterogénea »
• Catálise heterogeneizada » considerada como uma combinação das anteriores.
• Catálise enzimática » Distingue-se da anterior quando o catalisador utilizado é uma enzima.

Catálise heterogénea

A catálise heterogénea ocorre quando o catalisador se encontra numa fase diferente da dos reagentes e produtos, geralmente sólido-líquido ou sólido-gás. A reação decorre na superfície do catalisador onde estão presentes os centros ativos. Por isso, quanto menor for o tamanho da partícula do catalisador, maior será a área superficial para uma dada massa e maior a atividade do catalisador.

A catálise heterogénea apresenta uma maior especificidade, uma vez que a atividade apenas ocorre nos centros ativos localizados na superfície do catalisador. Embora o seu custo inicial seja geralmente superior ao dos catalisadores homogéneos, estes catalisadores apresentam uma elevada estabilidade e são facilmente recuperáveis, pelo que podem ser reutilizados em vários ciclos de reação, reduzindo o impacto económico e ambiental. Em algumas ocasiões, é necessário regenerar o catalisador antes da sua reutilização.

Catálise heterogeneizada

A catálise heterogeneizada utiliza catalisadores que apresentam fenómenos de superfície, ou seja, não estão na mesma fase, mas podem gerar compostos que se dissolvam, se envolvam num ciclo de catálise homogénea e gerem novamente os catalisadores heterogeneizados, permitindo adquirir uma sinergia entre as propriedades heterogéneas e homogéneas, favorecendo o efeito catalítico.

Catálise enzimática

Na catálise enzimática, os catalisadores utilizados são enzimas, catalisadores biológicos que encontramos na natureza e que comummente são de natureza proteica (polímeros de aminoácidos). A catálise enzimática pode ser realizada tanto de forma homogénea como heterogénea e é utilizada numa grande quantidade de reações (hidrólise, polimerizações por abertura de anel, condensações, etc.). Uma das grandes vantagens das enzimas é a sua elevada seletividade. As enzimas imobilizadas são facilmente recuperáveis e reutilizáveis.