Química Verde

Caroline de Souza Pereira Gabriela de Paula Oliveira Maria Patrícia do Nascimento

Universidade Federal de Juiz de Fora Departamento de Química

Química Ambiental

1

Introdução

Indústria química

Quim. Nova, Vol. 34, No. 6, 1089-1093, 2011

2

• 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

3

Degradação ambiental

Falta de consciência com relação a necessidade de investimento no

controle da poluição

Grande incentivo ao desenvolvimento

econômico

Inexistência de uma legislação ambiental

pertinente com relação ao descarte de

resíduos tóxicos no meio ambiente

Quim. Nova, Vol. 34, No. 6, 1089-1093, 2011

Problema ambiental

A preocupação com os problemas ambientais aconteceu de forma gradativa entre a sociedade, governos e organizações.

Quim. Nova, Vol. 34, No. 6, 1089-1093, 2011

4

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, 1089-1093, 2011

5

Histórico

1972: Conferência de Estocolmo

Início de iniciativas que levaram ao desenvolvimento da Química Verde;

1990: Lei de Prevenção à Poluição nos EUA;

Conceito de sustentabilidade;

Quim. Nova, Vol. 34, No. 6, 1089-1093, 2011

6

Tentativa de organizar as relações entre Homem e Meio Ambiente

Prevenção da poluição

Sustentabilidade

Deve-se satisfazer as necessidades atuais dos seres humanos, não comprometendo a capacidade das gerações futuras satisfazerem as suas necessidades.

7

Quim. Nova, Vol. 34, No. 6, 1089-1093, 2011 http://aquimicae.wordpress.com/2012/10/23/e-a-quimica-verde/ acessado em 21/04/2014

Histórico

Conceito de “Minimização de Resíduos”

1991: EPA (Environmental Protection Agency) lançou o programa “Rotas Sintéticas Alternativas para Prevenção de Poluição”

Quim. Nova, Vol. 34, No. 6, 1089-1093, 2011

8

Redução da quantidade de resíduos produzidos por algum processo e o seu tratamento seguro,

reciclagem, embalagem segura e rotulagem

Financiamento para projetos de pesquisa que envolvessem a prevenção de poluição em suas sínteses

Histórico

1993: Programa foi expandido incluindo temas como solventes ecológicos e produtos químicos mais seguros

Prevenção de poluição causada por atividades na área química.

Reunindo os 12 Princípios.

Quim. Nova, Vol. 34, No. 6, 1089-1093, 2011

Quim. Nova, Vol. 28, No. 1, 103-110, 2005

9

Renomeação: Química Verde

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, 738-744, 2003

10

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, 1089-1093, 2011

OS 12 princípios da Química Verde

11

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, 1089-1093, 2011

12

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, 1089-1093, 2011

13

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, 1089-1093, 2011

14

15

Faces do termo “reduzir” da Química Verde

Rev. Virtual Quim., 2014, 6 (1), 85-111

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.

16 Quim. Nova, Vol. 26, No. 5, 738-744, 2003

Aplicações

17

Compostos imobilizados

• 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.

Sólidos ácidos e básicos

aplicados em catálise

Aumentam a eficiência das reações e diminui a

quantidade de resíduos e subprodutos.

Quim. Nova, Vol. 26, No. 5, 738-744, 2003

Aplicações

18

• As reações catalisadas pela ação da irradiação da luz são processos que usam materiais semicondutores e solventes não tóxicos.

• O TiO2 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

Fotocálise

Quim. Nova, Vol. 26, No. 5, 738-744, 2003

Figura 1: Descarboxilização do sal de bis-potássio de n-ftalimida de ácido glutâmico, induzida por fotocatálise a 380 nm

Aplicações

19

• 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.

Biocátalise

Quim. Nova, Vol. 26, No. 5, 738-744, 2003

Figura 2 : Hidrogenação da 3-cianopiridina catalisada pela Agrobacterium sp e conversão da 3-cianopiridina em vitamina B3 , catalisada por Rhodococus rhodochorus.

Aplicações

20

• Processos onde só os reagentes envolvidos estão presentes no meio reacional.

• Reação de Stobbe e condensações aldólicas .

Reações sem

solventes

Quim. Nova, Vol. 28, No. 1, 103-110, 2005

Figura 3 : Reação de Stobbe

Aplicações

21

• 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 CO2 implica no aumento da solubilidade de compostos orgânicos nestes fluídos.

• Utilizado na descafeinação de grão de café CO2

Fluídos supercríticos

CO2: Pc= 74 atm e

Tc= 31 °C H2O Pc= 220 atm e

Tc= 374 °C

Aplicações

22

• 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.

Líquidos iônicos

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.

23

Reações com ou sem suporte.

Figura 5. : Rearranjo pinacol-pinacolona.

Silva, M.F.; Quim. Nova, 28, 1, 103-110, 2005.

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.

24

Figura 4 : Reação de Alder-Bong.

Silva, M.F.; Quim. Nova, 28, 1, 103-110, 2005.

FONTES RENOVÁVEIS

Um dos princípios da Química Verde fala sobre processos que usem matérias-primas de fontes renováveis.

25

• Sua fermentação da cana de açúcar produz álcool.

Cana de açúcar

• Pode ser utilizado em substituição a combustíveis fósseis.

Álcool

Silva, M.F.; Quim. Nova, 28, 1, 103-110, 2005.

FONTES RENOVÁVEIS O milho também é uma matéria-prima interessante, visto que é

fonte de amido que pode ser hidrolisado a glucose.

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.

26

Figura 6 : Rotas de síntese do ácido adípico.

Silva, M.F.; Quim. Nova, 28, 1, 103-110, 2005.

FONTES RENOVÁVEIS

27

• O óleo extraído de suas sementes é matéria-prima para a fabricação de produtos elaborados como biodiesel, plásticos, fibras sintéticas, esmaltes, resinas e próteses.

Mamona

(Petróleo verde)

• 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.

Ricinoquímica

Aplicação Biodiesel

Cangemi, J.M.; Quim. Nova na escola, 32, 1, 3-8, 2010.

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.

28

Fig. : Esquema de síntese do biodiesel.

Figura 7 : Triglicerídeo do ácido ricinoléico..

Cangemi, J.M.; Quim. Nova na escola, 32, 1, 3-8, 2010.

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.

29

Fig. : Esquema de síntese do biodiesel.

Biodisel × Gera subprodutos

Glicerina que possui aplicação.

Cangemi, J.M.; Quim. Nova na escola, 32, 1, 3-8, 2010.

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.

30

• 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, 738-744, 2003.

CONCLUSÃO

31

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, 123-129, 2003.

CONCLUSÃO Também é importante a regulamentação

de leis rígidas no âmbito ambiental e o desenvolvimento de

processos verdes mais econômicos.

32

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, 103-110, 2005.

MUITO OBRIGADA PELA

ATENÇÃO!

33