53º CBQ - CATALISADOR HETEROGÊNEO DO TIPO PEROVSKITA BA3CANB2O9 APLICADO NA REAÇÃO DE TRANSESTERIFICAÇÃO DO SEBO BOVINO

53º Congresso Brasileiro de Quimica
Realizado no Rio de Janeiro/RJ, de 14 a 18 de Outubro de 2013.
ISBN: 978-85-85905-06-4

ÁREA: Iniciação Científica

TÍTULO: CATALISADOR HETEROGÊNEO DO TIPO PEROVSKITA BA3CANB2O9 APLICADO NA REAÇÃO DE TRANSESTERIFICAÇÃO DO SEBO BOVINO

AUTORES: Silva, A.M. (UFMA) ; Costa, W.B. (UFMA) ; Moura, K.R.M. (UFMA) ; Silva, F.C. (UFMA) ; Maciel, A.P. (UFMA)

RESUMO: Os catalisadores obtidos foram caracterizados por difratograma de raios X, onde foi observado a formação da perovskita. Os catalisadores foram analisados pela técnica de Espectroscopia no Infravermelho, Microscopia eletrônica de varredura e Difração de raios X. Realizou-se também índice de iodo (SMAOFD 2.505), índice de acidez (método Adolfo Lutz), viscosidade cinemática (ASTM D 445) e índice de saponificação para o sebo bovino bruto assim como em amostras de biodiesel para ambos os catalisadores, encontrando resultados satisfatórios para índice de iodo e viscosidade cinemática e um valor relativamente alto para acidez, devido a não realização da etapa de neutralização das amostras.

PALAVRAS CHAVES: Biodiesel; Catálise Heterogênea; Perovskita

INTRODUÇÃO: A transesterificação é o processo mais utilizado atualmente para a produção de Biodiesel, através da reação de um éster com um álcool geralmente de cadeia curta, produzindo-se o biodiesel e glicerina como subproduto. A reação necessita ser catalisada e a indústria atualmente utilizada predominantemente catalisadores homogêneos básicos, que possui vários inconvenientes devido a dificuldade de se separar o catalisador do produto e não possuir um ciclo de reutilização. Este trabalho propõe a aplicação de catalisadores heterogêneos do tipo perovskita como alternativa para obtenção destes ésteres de ácidos graxos. As perovskitas são materiais cerâmicos que combinam elementos metálicos com não metálicos, geralmente oxigênio. Os óxidos do tipo perovskitas possuem fórmula geral ABO₃, onde o cátion A geralmente é ocupado por um elemento terra rara ou alcalino terroso, e o cátion B por um metal de transição 3d com estado de oxidação +3. Ressalta-se que além do oxigênio, outros não metais podem pertencer à família das perovskitas, por exemplo, carbetos, nitretos, haletos e hidretos também cristalizam com essa mesma estrutura, porém o principal alvo de estudos são os óxidos que demonstram boa estabilidade térmica e uma alta atividade catalítica. (SILVA, 2007). As perovskitas complexas são derivadas dos compostos simples, onde estes são formados a partir da substituição parcial tanto dos sítios A ou B. Entre várias perovskitas complexas, temos a do tipo A₃BB'₂O₉ resultante do ordenamento dos íons no sítio B. A substituição torna-se mais provável quando a há uma pequena diferença entre suas cargas ou seus raios iônicos. (CHAUCHI et al., 2009).

MATERIAL E MÉTODOS: Os catalisadores Ba₃CaNb₂O₉ foram obtidos pelo método dos precursores poliméricos e foram utilizados sais de nióbio, bário e cálcio.Depois de obtidos, os catalisadores foram caracterizados segundo sua estrutura, morfologia e textura. Os óxidos foram caracterizados por difração de raios X, Microscopia eletrônica de varredura (apenas para o catalisador tratado a 900ºC) e Espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier, No sebo bovino bruto foram realizados índice de acidez, índice de iodo, impureza/umidade, índice de saponificação, viscosidade cinemática e Espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier, o produto obtido da reação de transesterificação do sebo bovino foi qualitativamente analisado em infravermelho por transformada de Fourier, o teor de ésteres do biodiesel obtido com o catalisador Ba₃CaNb₂O₉ tratado a 700ºC foi analisado por cromatografia a gás segundo o método EN14103, índice de iodo SMAOFD 2.505, Viscosidade cinemática ASTM D 445 e acidez pelo método Adolfo Lutz. Para a reação de transesterificação foram utilizados Sebo Bovino Bruto obtido comercialmente com o qual foi realizada a reação de transesterificação com álcool metílico nas proporções de 1:50 (sebo/álcool) com ambos os catalisadores nas concentrações de 6% (m/m), os testes foram realizados em intervalos de tempo de 2,4 e 8 horas de reação, temperatura reacional utilizada nos ensaios foi de 180°C, com uma agitação de 500 rpm. Todas as reações foram feitas em um reator Parr com controle de agitação e temperatura. Os produtos foram caracterizados qualitativamente e quantitativamente e teve seus resultados comparados com a literatura e a legislação vigente.

RESULTADOS E DISCUSSÃO: Os catalisadores foram submetidos à difração de raios X (Figura 1) a fim de acompanhar a evolução térmica da fase cristalina. Nas amostras tratadas a 400 e 500ºC, não se observou a formação da fase perovskita. A formação da perovskita BCN foi observada no tratamento de 700°C, tornando-se monofásica a 900°C. A análise realizada na região do infravermelho (Figura 2) revelou à presença do intervalo característico das perovskitas obtidas, entre os intervalos de 500-800 cm^-1 correspondente às vibrações das ligações entre metal e oxigênio. Também é observado um discreto modo na faixa de 695 cm^-1que pode ser atribuído a ligação O-Nb-O e no modo em torno de 621 cm^-1 está relacionado com uma distorção moderada do octaedro. Apenas na amostra tratada a 900°C foi realizada a análise de microscopia eletrônica de varredura. A partir das micrografias exibidas na figura 3 pode-se observar que as partículas são esféricas, com diâmetro médio na escala de nanômetros, as quais aglomeram-se formando grãos maiores como mostrado na figura 3(d). Os composto mostra-se poroso e não-denso. O catalisador tratado a 900°C apresentou tamanho médio de 101,1 nm com um desvio-padrão de 43,7 nm. Levando em consideração que esses valores foram calculados partindo de medidas de diâmetro das partículas expostas com aumento de 20.000 vezes. Os testes catalíticos foram feitos utilizando o catalisador perovskita tratado a 700°C, o teor de ésteres do produto obtido foi medido segundo o método EN14103, para reações de transesterificação em intervalos reacionais de 2, 4 e 8 horas. A figura 4 mostra a relação tempo de reação/conversão em massa e o teor de ésteres das reações de transesterificação do sebo bovino utilizando a perovskita.

Figura 1

Difratogramas de Raios X

Figura 2

Espectro de infravermelho dos catalisadores tratados a diversas temperaturas.

Figura 3

Micrografias do Ba3CaNb2O9 tratados a 900ºC por duas horas.

Figura 4

Teor de ésteres das reações de transesterificação do sebo bovino utilizando a perovskita.

CONCLUSÕES: Os parâmetros físico-químicos avaliados no sebo bovino, quando comparados com o biodiesel metílico de sebo bovino, tiveram um decréscimo significativo, o índice de iodo está de acordo com os resultados encontrados na literatura, assim como a viscosidade cinemática está na faixa limite do biodiesel comercial, o índice de acidez apesar de menor que o sebo bovino, ainda é relativamente alto, porém pode ser justificado pela ausência de etapa de neutralização das amostras.

AGRADECIMENTOS: FAPEMA, NCCA e UFMA.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: CHAUCHI, A.; MARINEL, S.; ASTORG, S. D. 2009. ALIOUAT, M. Sinteringofglass-added BaZn1/3Nb2/3O3. Ceramic. International,55:959-942.SILVA, W.J.; Soares, S. X.; Melo, D. M. A.; Pimentel, P. M.; Nascimento, R. M.; Martinelli, A.E.; Rabelo, A.A. 2007. Revista Matéria,12,1:65-71.