Estudos de captura de CO2 gasoso em compostos naturais e sintéticos

Abstract

O aumento da quantidade dos gases de efeito de estufa na atmosfera e consequente influência nas alterações climáticas a nível planetário, tem vindo a sensibilizar a nossa sociedade no sentido de reduzir a sua emissão, tentando assim proteger o clima do planeta. A concentração destes gases atingiu níveis preocupantes, e o panorama não tende a melhorar. Até à data, foram feitas leis limitadoras das emissões máximas para a atmosfera e tratados de cooperação entre vários países, como o “Protocolo de Quioto”, mais tarde continuado pela "Emenda de Doha", cujos objectivos se centram na redução e estabilização da concentração de CO2 na atmosfera. Muito ainda tem que ser feito para chegar a níveis controlados e, nesta área, a investigação tem crescido e tem-se intensificado. Para além de se procurarem formas de diminuir a emissão de CO2, existe também um grande interesse na busca de métodos para capturar e/ou armazenar o CO2 atmosférico existente. Os compostos macromoleculares demostram ter grandes capacidades de sequestrar o CO2 gasoso devido à sua estrutura molecular adequada que apresenta cavidades propícias à interacção molecular. Por outro lado, existem compostos naturais com estruturas moleculares igualmente propícias ao sequestramento de CO2 que, para além de serem um recurso mais económico, permitem desta forma dar uso a muitos desperdícios que ficam da Natureza. Considerando o problema e as soluções que existem, ficou claro para nós que é premente encontrar novas estratégias que permitam sequestrar o CO2 de forma eficiente. Nesta dissertação apresenta-se a síntese de compostos macromoleculares e os estudos realizados para determinar a capacidade dos compostos sintetizados, bem como de alguns compostos naturais, na adsorpção/desadsorpção de CO2 gasoso. Na primeira parte do trabalho procedeu-se à síntese e caracterização de diferentes estruturas macromoleculares e preparação das amostras de compostos naturais. Para a síntese das estruturas macromoleculares, foram escolhidos dois grandes grupos: as porfirinas meso-substituídas e as estruturas organometálicas conhecidas como MOFs. Sintetizaram-se quatro porfirinas cujos substituintes das posições meso, continham átomos de azoto na sua estrutura (amino, piridil e quinolina) e uma porfirina contendo substituintes, também na posição meso, funcionalizados com grupos carboxílicos. Foram também sintetizados os complexos metálicos de algumas dessas porfirinas, usando como metais o cobre e o zinco. Para a síntese dos MOFs, realizada em forno de microondas, foram escolhidos os mesmos metais que os usados nas sínteses de complexos porfirínicos e três ácidos diferentes: o ácido 2,6-naftalenodicarboxílico, ácido 2-aminotereftálico e o ácido 1,2,4-benzenotricarboxílico. No caso dos compostos naturais, preparou-se uma farinha de casca de Moringa, por moagem, e quatro amostras de Biochar (dois de pinheiro e dois de choupo), usando dois tipos de pirólise, rápida e lenta. Na segunda parte do trabalho, para os vários compostos preparados foi estudada a capacidade de adsorpção /desadsorpção de CO2 gasoso. Todos os compostos foram analisados até à pressão de 5 bar e foram também feitos estudos com pressões até 40 bar para as porfirinas meso-substituídas livres. Com esta abordagem foram cobertas duas vertentes de possíveis sequestradores de CO2 gasoso: compostos naturais e sintéticos, e foi demonstrada a possibilidade de usar recursos naturais de forma eficiente e sustentável. Os resultados obtidos foram ser bastante promissores, para a diminuição da concentração de CO2 na nossa atmosfera pegada de carbono do nosso planeta. Estes estudos permitiram descobrir relações entre estrutura e actividade úteis no planeamento de novos compostos para a captura de CO2, quer no que diz respeito às interacções com catiões metálicos, quer na sua interacção com grupos funcionais orgânicos.