Foram sintetizados copolímeros esféricos e porosos à base de metacrilato de metila e divinilbenzeno através de polimerização em suspensão aquosa utilizando metil-etil-cetona (MEK) e ciclo-hexano (CH) como diluentes. Diferentes estruturas morfológicas foram obtidas através da modificação dos parâmetros reacionais tais como teor de divinilbenzeno e razão MEK/CH. Os copolímeros foram caracterizados por porosimetria de mercúrio, análise de área específica, densidade aparente e microscopia ótica. Foram obtidas estruturas macroporosas com os teores mais altos do DVB e do diluente não-solvatante (CH).

Spherical and porous copolymers based on methyl methacrylate and divinylbenzene were synthesized by aqueous suspension polymerization using methyl-ethyl-ketone (MEK) and cyclohexane (CH) as diluents. Different morphological structures were obtained by modifying the reaction parameters, such as divinylbenzene content and MEK/CH ratio. The copolymers were characterized by several techniques: mercury porosimetry, specific superficial area analyzer, apparent density and optical microcopy. Macroporous structures were obtained when using high content of DVB and of nonsolvatant diluent (CH).

Três resinas catiônicas (Amberlyst 15, Lewatit SPC 112, ambas comerciais e MLS 07, sintetizada em laboratório) foram utilizadas como catalisadores em reação de alquilação. A resina MLS 07, obtida pela copolimerização em suspensão do estireno com divinilbenzeno, foi sintetizada de modo que apresentasse tamanho médio de partícula e porosidade próximos aos da resina Amberlyst 15. MLS 07 foi modificada por meio de reação de sulfonação dos anéis aromáticos, que introduziu no material, grupos ativos (SO3H). As três resinas, selecionadas em duas faixas granulométricas, foram caracterizadas por adsorção de nitrogênio (área específica, volume de poros e diâmetro médio de poro), por microscopia eletrônica de varredura (morfologia) e quanto a sua capacidade de troca iônica. Os catalisadores foram utilizados em reações de alquilação de tolueno com álcool benzílico. Foi observada a influência de parâmetros como: tamanho médio de partícula, morfologia, tipo de catalisador e temperatura na conversão do álcool benzílico e na seletividade da formação do produto de interesse, benziltoluenos (orto, meta e para). Os dados obtidos mostraram que as resinas Amberlyst 15 e MLS 07 apresentaram melhor performance quando comparadas com a Lewatit SPC 112 que apresentou menor atividade e seletividade no produto de interesse em todas as condições de reação utilizadas. Esse resultado pode ser atribuído principalmente à menor área específica desse material em relação às das outras duas resinas.

Three cationic resins (commercial Amberlyst 15 and Lewatit SPC112, and MLS 07, synthesized in our laboratory) were utilized as catalysts in alkylation reactions. MLS07 resin, prepared by suspension copolymerization of styrene and divinylbenzene, was produced in selected conditions in order to present average particle size and porosity close to those of Amberlyst 15. The SO3H active groups were introduced in the MLS07 resin by sulfonation of the aromatic rings. Samples of the three resins, of two granulometric ranges each, were charactherized by nitrogen adsorption (specific surface area, pore volume and average pore diameter), electron scanning microscopy (morphology) and by their ion exchange capacity. The catalysts were used in alkylation reactions of toluene with benzyl alcohol. The influence of parameters such as avarage particle size, morphology, catalyst type and reaction temperature on the conversion of the benzyl alcohol and on the reaction selectivity relative to the formation of benzyl-toluene, was sutdied. The data obtained show that Amberlyst 15 and MLS 07 presented better performance as compared to that of Lewatit SPC112. In all the reaction conditions employed Lewatit SPC 112 showed the lowest activity and selectivity in the formation of the desired product (o-, m-, p- benzyltoluene). This behavior may be mainly attributed to the fact that Lewatit SPC112 has the lowest surface area of the three resins.

Resinas quelantes com grupos amidoxima foram sintetizadas por copolimerização em suspensão de acrilonitrila (AN) e divinilbenzeno (DVB) e subsequente modificação química dos grupos ciano por reação com hidroxilamina. Na copolimerização, a proporção de divinilbenzeno e o grau de diluição foram variados. Gelatina e carbonato de cálcio foram usados como estabilizadores de suspensão e sulfato de sódio foi adicionado para reduzir a solubilidade da acrilonitrila em água, por meio do efeito salting out. Os copolímeros de AN/DVB e as resinas amidoxímicas obtidos foram caracterizados por meio de densidade aparente, área específica, volume de poros e teor de nitrogênio. As resinas amidoxímicas foram também avaliadas em relação a capacidade de complexação de íons cobre.

Chelating resins with amidoxime groups were synthesized by suspension copolymerization of acrylonitrile (AN) and divinylbenzene (DVB) and subsequent chemical modification of cyano groups by reaction with hydroxylamine. In the copolymerization, the proportion of divinylbenzene and the dilution degree were varied. Gelatin and calcium carbonate were used as suspension stabilizers and sodium sulphate was added in order to reduce acrylonitrile solubility in water, by salting out effect. The AN/DVB copolymers and amidoxime resins obtained were characterized by apparent density, surface area, pore volume and by the content of nitrogen. The amidoxime resins were also evaluated in relation to the complexation capacity of copper ion.

RESUMO: Copolímeros de estireno-divinilbenzeno para aplicação em cromatografia de extração foram sintetizados em presença de agentes complexantes seletivos para terras raras, o fosfato monoácido de bis(2-etil-hexila), DEHPA e o 2-etil-hexil fosfonato monoácido de 2-etil-hexila, EHEHPA. Os copolímeros foram preparados através de polimerização em suspensão utilizando como diluentes os agentes complexantes puros ou combinados com o solvente tolueno (TOL). A influência das condições de síntese, tais como: a razão agente complexante/TOL; o grau de diluição dos monômeros e o teor de divinilbenzeno, na estrutura porosa dos copolímeros foi investigada através de suas características físicas tais como densidade aparente, volume de poros fixos, área específica e através de microscopia ótica e eletrônica de varredura. Os copolímeros foram avaliados em relação ao processo de separação de terras raras. Assim foram determinadas a capacidade total e a cinética de complexação em relação ao íon gadolínio. O teor de agente complexante impregnado em cada suporte foi função da quantidade do agente complexante nas misturas. Foi otimizada a quantidade máxima do agente complexante que pode ser utilizada na síntese, de modo a obter suportes com alta capacidade de complexação, sem o comprometimento de sua resistência mecânica. A capacidade total de complexação variou com a quantidade de agente complexante impregnado no suporte e a cinética de complexação variou principalmente com o diâmetro médio de poros, pois este determina a velocidade de difusão dos íons no suporte.

ABSTRACT: Styrene-divinylbenzene copolymers used in extraction chromatography were synthesized in presence of selective chelating agents for rare earths: DEHPA, bis(2-ethylhexyl) phosphoric acid, and EHEHPA, bis(2-ethylhexyl) phosphonic acid. The copolymers were prepared by suspension polymerization technique using the pure chelating agents and its mixture with toluene (TOL) as diluents. The influence of synthesis conditions such as chelating agent/TOL ratios, dilution degree of monomers and amount of DVB on the porous structure of the copolymers were studied. The porous structure was characterized by the apparent density, fixed pore volume, surface area and by optical and scanning electron microscopy. The performance of the copolymers in the separation process of rare earths was evaluated. The total chelating capacity of each copolymer and the chelating kinetics in relation to gadolinium ion were determined. The chelating agent content of the copolymers depended on the amount of chelating agents employed in the synthesis. The highest amount of chelating agent that can be used in the synthesis in order to produce copolymers with high chelating capacity and good mechanical properties was determined. The total chelating capacity varied with the content of the chelating agents in the copolymer and the chelating kinetics was dependent mainly on the pore diameter, because this parameter determines the diffusion rate of the ions through the copolymer structure.