Química Verde. Universidade Federal de Juiz de Fora Departamento de Química Química Ambiental

Transcrição

1 Universidade Federal de Juiz de Fora Departamento de Química Química Ambiental Química Verde Caroline de Souza Pereira Gabriela de Paula Oliveira Maria Patrícia do Nascimento 1

2 Introdução Indústria química Papel importante na economia Grandes benefícios Crescimento desordenado das cidades e aumento no consumo dos bens e matérias-primas após a Segunda Guerra Mundial Degradação ambiental Quim. Nova, Vol. 34, No. 6, ,

3 Grande incentivo ao desenvolvimento econômico Falta de consciência com relação a necessidade de investimento no controle da poluição Inexistência de uma legislação ambiental pertinente com relação ao descarte de resíduos tóxicos no meio ambiente Degradação ambiental Quim. Nova, Vol. 34, No. 6, ,

4 Problema ambiental A preocupação com os problemas ambientais aconteceu de forma gradativa entre a sociedade, governos e organizações. Quim. Nova, Vol. 34, No. 6, ,

5 Histórico 1949: Conferência Científica da Organização das Nações Unidas sobre a Conservação e Utilização de Recursos (UNSCCUR) em Lake Sucess, EUA; 1968: Conferência Intergovernamental de Especialistas sobre as Bases Científicas para Uso e Conservação Racionais dos Recursos da Biosfera (Conferência da Biosfera); 1968: Publicação do Relatório Meadows (Relatório do Clube de Roma); Quim. Nova, Vol. 34, No. 6, ,

6 Histórico 1972: Conferência de Estocolmo Tentativa de organizar as relações entre Homem e Meio Ambiente Início de iniciativas que levaram ao desenvolvimento da Química Verde; 1990: Lei de Prevenção à Poluição nos EUA; Prevenção da poluição Conceito de sustentabilidade; Quim. Nova, Vol. 34, No. 6, ,

7 Sustentabilidade Deve-se satisfazer as necessidades atuais dos seres humanos, não comprometendo a capacidade das gerações futuras satisfazerem as suas necessidades. Quim. Nova, Vol. 34, No. 6, , acessado em 21/04/2014 7

8 Histórico Conceito de Minimização de Resíduos Redução da quantidade de resíduos produzidos por algum processo e o seu tratamento seguro, reciclagem, embalagem segura e rotulagem 1991: EPA (Environmental Protection Agency) lançou o programa Rotas Sintéticas Alternativas para Prevenção de Poluição Financiamento para projetos de pesquisa que envolvessem a prevenção de poluição em suas sínteses Quim. Nova, Vol. 34, No. 6, ,

9 Histórico 1993: Programa foi expandido incluindo temas como solventes ecológicos e produtos químicos mais seguros Renomeação: Química Verde Prevenção de poluição causada por atividades na área química. Reunindo os 12 Princípios. Quim. Nova, Vol. 34, No. 6, , 2011 Quim. Nova, Vol. 28, No. 1, ,

10 OS 12 princípios da Química Verde Os princípios da prática química guiada pela preocupação com a qualidade de vida e com o meio ambiente formam os doze princípios da química verde: Quim. Nova, Vol. 26, No. 5, ,

11 OS 12 princípios da Química Verde 1- Prevenção: É melhor prevenir a formação de resíduos do que tratá-los posteriormente; 2- Economia Atômica: Os métodos sintéticos devem ser desenvolvidos para maximizar a incorporação dos átomos dos reagentes nos produtos finais desejados; 3- Sínteses com Reagentes de Menor Toxicidade: Sempre que possível, metodologias sintéticas devem ser projetados para usar e gerar substâncias que possuam pouca ou nenhuma toxicidade para a saúde humana e o meio ambiente; Quim. Nova, Vol. 34, No. 6, ,

12 4 - Desenvolvimento de Compostos Seguros: Os produtos químicos deverão ser desenvolvidos para possuírem a função desejada, apresentando a menor toxicidade possível; 5- Diminuição de Solventes e Auxiliares: A utilização de substâncias auxiliares (solventes, agentes de separação, etc) deverá ser evitada quando possível, ou usadas substâncias inócuas no processo; 6- Eficiência Energética: Os métodos sintéticos deverão ser conduzidos sempre que possível à pressão e temperatura ambientes, diminuindo seu impacto econômico e ambiental; Quim. Nova, Vol. 34, No. 6, ,

13 7- Uso de Matéria-Prima Renovável: Sempre que possível técnica e economicamente utilizar matéria-prima renovável; 8- Redução do uso de derivados: Uso de reagentes bloqueadores, de proteção ou desproteção, e modificadores temporários que deverão ser minimizados ou evitados quando possível, pois estes passos reacionais requerem reagentes adicionais e, consequentemente, podem produzir subprodutos indesejáveis; 9- Catálise: Reagentes catalíticos (tão seletivos quanto possível) são superiores aos reagentes estequiométricos; Quim. Nova, Vol. 34, No. 6, ,

14 10- Desenvolvimento de Compostos Degradáveis: Produtos químicos deverão ser desenvolvidos para a degradação inócua de produtos tóxicos, não persistindo no ambiente; 11- Análise em Tempo Real para a Prevenção da Poluição: As metodologias analíticas precisam ser desenvolvidas para permitirem o monitoramento do processo em tempo real, para controlar a formação de compostos tóxicos; 12- Química Segura para a Prevenção de Acidentes: As substâncias usadas nos processos químicos deverão ser escolhidas para minimizar acidentes em potencial, tais como explosões e incêndios. Quim. Nova, Vol. 34, No. 6, ,

15 Faces do termo reduzir da Química Verde Rev. Virtual Quim., 2014, 6 (1),

16 Aplicações O principal problema causado pelos processos químicos é o elevado volume de efluentes e resíduos tóxicos gerados por processos não específicos e não seletivos que geram enormes quantidades de subprodutos que são descartados. O melhoramento na eficiência destes processos pode ser feito por diversos caminhos tais como uso de reagentes alternativos e a aplicação de catalisadores. Porém é difícil a separação catalisador/ produto da mistura reacional, além dos mais processos de extração dos catalisadores geralmente os destroem. Quim. Nova, Vol. 26, No. 5, ,

17 Aplicações Sólidos ácidos e básicos aplicados em catálise Fácil separação do meio reacional e capaz de ser reciclado. Empregados na remoção de contaminantes despejados em efluentes. Maior estabilidade térmica e química. Destaca-se a sílica gel e óxidos mistos. Compostos imobilizados Aumentam a eficiência das reações e diminui a quantidade de resíduos e subprodutos. Quim. Nova, Vol. 26, No. 5, ,

18 Aplicações Fotocálise As reações catalisadas pela ação da irradiação da luz são processos que usam materiais semicondutores e solventes não tóxicos. O TiO 2 anatase é o material semicondutor mais utilizado, a excitação é feita por luz ultravioleta < 390 nm. O óxido associado a sílica gel para facilita a sua recuperação Figura 1: Descarboxilização do sal de bis-potássio de n-ftalimida de ácido glutâmico, induzida por fotocatálise a 380 nm Quim. Nova, Vol. 26, No. 5, ,

19 Aplicações Biocátalise Uso da atividade microbiana para catalisar reações químicas. A alta régio e estéreo seletividade das bioconversões pode simplificar os processos industriais, aumentando o rendimento e diminuindo a geração de subprodutos. Figura 2 : Hidrogenação da 3-cianopiridina catalisada pela Agrobacterium sp e conversão da 3-cianopiridina em vitamina B3, catalisada por Rhodococus rhodochorus. Quim. Nova, Vol. 26, No. 5, ,

20 Aplicações Reações sem solventes Processos onde só os reagentes envolvidos estão presentes no meio reacional. Reação de Stobbe e condensações aldólicas. Figura 3 : Reação de Stobbe Quim. Nova, Vol. 28, No. 1, ,

21 Aplicações Fluídos supercríticos Método reacional na ausência de solventes. Aplicação dessa técnica em processos industriais tem minimizados os problemas com os resíduos formados. A diminuição da permissividade da água e do CO 2 implica no aumento da solubilidade de compostos orgânicos nestes fluídos. Utilizado na descafeinação de grão de café CO 2 CO 2 : Pc= 74 atm e Tc= 31 C H 2 O Pc= 220 atm e Tc= 374 C 21

22 Aplicações Líquidos iônicos Suas características iônicas, sua elevada densidade e baixa pressão de vapor facilitam o processo de isolamento dos compostos orgânicos, que são normalmente pouco solúveis no meio. 22

23 ENERGIA Com o avanço de novas tecnologias em química orgânica, torna-se necessário abordar formas de transferência de energia novas e mais eficientes. Microondas: Diminuição dos tempos reacionais, Reações feitas em solução podem ser feitas sem solvente. Figura 5. : Rearranjo pinacolpinacolona. Silva, M.F.; Quim. Nova, 28, 1, , Reações com ou sem suporte. 23

24 ENERGIA Com o avanço de novas tecnologias em química orgânica, torna-se necessário abordar formas de transferência de energia novas e mais eficientes. Microondas: Diminuição dos tempos reacionais, Reações feitas em solução podem ser feitas sem solvente. Figura 4 : Reação de Alder-Bong. Silva, M.F.; Quim. Nova, 28, 1, ,

25 FONTES RENOVÁVEIS Um dos princípios da Química Verde fala sobre processos que usem matérias-primas de fontes renováveis. Cana de açúcar Álcool Sua fermentação da cana de açúcar produz álcool. Pode ser utilizado em substituição a combustíveis fósseis. Silva, M.F.; Quim. Nova, 28, 1, ,

26 FONTES RENOVÁVEIS O milho também é uma matéria-prima interessante, visto que é fonte de amido que pode ser hidrolisado a glucose. Figura 6 : Rotas de síntese do ácido adípico. O ácido adípico é utilizado na fabricação de nylon-6,6, presente em fibras de carpete, tapeçaria, reforço de pneus, partes de automóveis, etc. Sua produção gira em torno de 2,2 milhões de toneladas. Silva, M.F.; Quim. Nova, 28, 1, ,

27 FONTES RENOVÁVEIS Mamona (Petróleo verde) O óleo extraído de suas sementes é matéria-prima para a fabricação de produtos elaborados como biodiesel, plásticos, fibras sintéticas, esmaltes, resinas e próteses. Ricinoquímica A química do óleo da mamona. Por meio da ricinoquímica, muitos produtos elaborados podem ser obtidos a partir do óleo de mamona em diversos setores. Aplicação Biodiesel Cangemi, J.M.; Quim. Nova na escola, 32, 1, 3-8,

28 FONTES RENOVÁVEIS A transesterificação do óleos vegetais com um monoálcool de cadeia curta, promove a obtenção de um combustível denominado biodiesel com propriedades semelhantes às do óleo diesel. Fig. : Esquema de síntese do biodiesel. Figura 7 : Triglicerídeo do ácido ricinoléico.. Cangemi, J.M.; Quim. Nova na escola, 32, 1, 3-8,

29 FONTES RENOVÁVEIS A transesterificação do óleos vegetais com um monoálcool de cadeia curta, promove a obtenção de um combustível denominado biodiesel com propriedades semelhantes às do óleo diesel. Fig. : Esquema de síntese do biodiesel. Biodisel Gera subprodutos Glicerina que possui aplicação. Cangemi, J.M.; Quim. Nova na escola, 32, 1, 3-8,

30 ENSINO DE QUÍMICA VERDE A prática da QV na Indústria Química, em termos globais, é ainda algo incipiente e precisa de ser desenvolvida, o que passa por lhe dar mais atenção no ensino da química. Os conceitos da química verde devem ser introduzidos e aplicados para a formação de profissionais qualificados às necessidades do novo milênio. A implementação da química verde nos currículos universitários está começando no mundo, e o interesse em seus materiais educacionais vem crescendo, sendo que muitos recursos educacionais em química verdes têm sido desenvolvidos ou estão em pleno desenvolvimento. O crescimento da área de química verde no consciente acadêmico resulta na formação de profissionais que podem desenvolver metodologias científicas e tecnológicas com aspectos positivos para o planeta. Prado, J. S. A.; Quim. Nova, 26, 5, ,

31 CONCLUSÃO O primeiro princípio da química verde resume de maneira precisa, embora simplista, o caminho a ser seguido: prevenir é melhor do que remediar. Há tempos atrás um desafio sintético consistia em chegar à molécula alvo. Quando se aplica a idéia da Química Verde, um desafio sintético trata-se de chegar à molécula alvo com uma metodologia que agrida o mínimo o meio ambiente. Um profissional formado dentro dos princípios da química verde estará muito mais preparado para o desafio que a indústria e o meio acadêmico passaram a impor nos últimos anos: a busca pela química auto-sustentável. Lenardão, J.E.; Quim. Nova, 26, 1, ,

32 CONCLUSÃO Também é importante a regulamentação de leis rígidas no âmbito ambiental e o desenvolvimento de processos verdes mais econômicos. Cada vez que conseguimos cumprir com alguns dos quesitos da Química Verde, estamos caminhando para uma utilização mais consciente dos nossos recursos naturais e para a manutenção da vida no planeta Silva, M.F.; Quim. Nova, 28, 1, ,

33 MUITO OBRIGADA PELA ATENÇÃO! 33