Realizado no Rio de Janeiro/RJ, de 14 a 18 de Outubro de 2013.
ISBN: 978-85-85905-06-4
ÁREA: Química Inorgânica
TÍTULO: Uso de catalisador micro-mesoestruturado na obtenção de biodiesel.
AUTORES: Lucena Matos, C. (UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA) ; Veloso Martins, G.A. (UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA) ; Teixeira, A.L. (UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA) ; Nichollas, S.C. (UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA) ; Maria Clara, H.C. (UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA)
RESUMO: Catalisadores heterogêneos são sólidos e podem ser empregados na produção de
biodiesel. Estes materiais apresentam dentre várias características úteis, a
facilidade de separação do produto gerado além de evitar a formação de espumas
durante o processo de obtenção de biodiesel. Entretanto, o uso de catalisadores
sólidos leva a reações que ocorrem em uma taxa mais lenta devido aos efeitos de
difusão de reagentes no interior dos catalisadores. Neste desenvolveu-se um
processo eficaz para solucionar ou amenizar essas limitações de difusibilidade de
reagentes. Utilizou-se a dessilicalização da mordenita em meio alcalino para
obtenção de um material micro-mesoporo. Os resultados obtidos com o uso da
mordenita dessilicalizada mostrou-se satisfatório na conversão para biodisel.
PALAVRAS CHAVES: Mordenita; Biodisel; Dessilicalização
INTRODUÇÃO: De modo geral a atividade dos catalisadores heterogêneos é limitada por dois
fatores principais: o número de sítios ácidos disponíveis para reação e a
acessibilidade dos reagentes aos sítios catalíticos. Vários materiais zeolíticos
têm sido objetos de estudo para produção de biodiesel a partir de óleos
naturais. Neste sentido têm-se buscado aumentar o número de sítios ativos bem
como modular a força ácida desses. Para isso, vem sendo sintetizados materiais
contendo sítios ácidos de Brønsted ou de Lewis através da inserção de diferentes
metais na estrutura por meio de síntese direta ou somente através de troca
iônica e impregnação (GEORGOGIANNI et al., 2009). Em relação ao ponto de vista
estrutural, esse interfere diretamente nos problemas de difusibilidade das
moléculas de triacilglicerol ou ácidos graxos livres, os dois precursores na
obtenção de biodiesel. Muitos esforços estão sendo feitos nos últimos anos no
sentido de aumentar a difusibilidade de moléculas volumosas no interior das
cavidades zeolíticas. Um bom exemplo que pode contribuir para obtenção de
biodiesel é a utilização de catalisador zeolítico micro-mesoestruturado (RAMIREZ
et al., 2008). Estes materiais são obtidos a partir de procedimentos de
dessilicalização que promove a dissolução em nível molecular da estrutura
zeolítica formando assim mesoporos. Vários precursores zeolíticos estão sendo
estudados, pois o procedimento de dessilicalização propicia a formação de
materiais que possuem alta área superficial e mesoporos que aumentam a
acessibilidade de moléculas grandes, tornando-o ideal para síntese de biodiesel
a partir de óleos. Nestes materiais os sítios catalíticos ficam diretamente
expostos aos substratos, não necessitando que esses difundam em microporos que
os obstruem ou os aprisionam.
MATERIAL E MÉTODOS: A mordenita, com razão SiO2/Al2O3 = 40,0 foi sintetizada de acordo com os
procedimentos a seguir: em um recipiente de plástico foram adicionados 9,580 g
de água quartex, em seguida foram adicionado 0,829 g de Sílica Coloidal Ludox
50% e 0,195 g de NaOH e por último foi adicionado 0,0323 g de aluminato de sódio
(Na1,2Al0,85O1,83). Esta suspensão foi envelhecida por 24 horas sob agitação
magnética constante. Composição molar do gel de síntese: 0,38 Na2O : 0,025 Al2O3
: 1,0 SiO2 : 80 H2O Após o envelhecimento da suspensão, o gel foi transferido
para a autoclave e colocado em uma estufa a 453 K por 24 horas. Na
dessilicalização, em uma autoclave de teflon foram adicionados 0,3 g de
Mordenita calcinada e 0,010 L de NaOH (0,5 mol/L). A autoclave permaneceu sob
banho de areia e agitação magnética (500 rpm) por 3 horas a 353 K (RAMIREZ et
al., 2008). Após esse processo o sólido é lavado com água destilada e filtrado a
vácuo utilizando um funil de Büchner até atingir o pH neutro (igual a 7). Em
seguida é feita uma troca iônica com NH4NO3 (0,1 mol/L) e o material obtido foi
lavado e centrifugado em 5 ciclos. O sólido obtido foi seco e calcinado em
atmosfera de N2 por 6 horas a 823 K. Os testes catalíticos realizados na
amostra, pós dessilicalização, foram as mesmas realizadas na amostra apenas
calcinada. Os resultados da amostra recém sintetizada foram comparados com o da
amostra dessilicalizada.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: A figura 1 mostra os difratogramas de raios-X da amostra recém sintetizada e
dessilicalizada. Picos característicos da estrutura de mordenita foram mantidos
após o tratamento alcalino para dessilicalização do material. Esta mesma figura
mostra a isoterma de adsorção e dessorção de N2 a 77 K da mordenita calcinada e
após tratamento alcalino. A área superficial total da mordenita dessilicalizada
foi de 359 m2/g e da mordenita calcinada foi de 334 m2/g indicando um ganho de
área superficial. Além disso, observa-se também a presença de histerese na
isoterma da mordenita dessilicalizada, indicando a ocorrência de sistemas de
poros micro-mesoestruturados que é confirmada pelo aumento em área de mesoporo.
A Figura 2a mostra as imagens dos cristais de mordenita recém sintetizados.
Morfologicamente estes cristais parecem ser formados por lâminas empilhadas.
Esta morfologia é mantida após o tratamento alcalino (figura 2b). Os resultados
obtidos de conversão para biodiesel oscilou entre 17-20%, acredita-se que seja
necessário repetir essas reações sem presença de água, pois supõe-se que esse
seja um fator bastante limitante no rendimento das reações de
transesterificação. As reações realizadas em leito fixo podem evitar a presença
de água e obter um melhor resultado de conversão catalítica. Entretanto
comparando os resultados obtidos com a Mordenita apenas calcinada (7,1%),
verifica-se que o procedimento de dessilicalização aumenta a conversão reacional
para obtenção de biodiesel.
Figura 1
Isotermas de adsorção de N2 (l) a 77 K e
Difratogramas de raios-X.
Figura 2
Microscopia eletrônica de varredura da Mordenita
calcinada (A) e dessilicalizada (B).
CONCLUSÕES: O DRX mostrou que a Mordenita recém sintetizada foi realmente obtida. O processo
dessilicalização solubiliza em parte silícios estruturais sem o colapso da
estrutura, como demonstrado nos resultados de raios X. O tratamento de
dessilicalização na amostra demonstrou-se eficiente já que histerese na isosterma
da Mordenita dessilicalizada, indica sistemas de poros micro-mesoestruturados,
reflexo do aumento da área superficial de mesoporos que passou de 21 para 42 m2/g.
Supõem que a presença de água seja um fator bastante limitante no rendimento das
reações de transesterificação.
AGRADECIMENTOS: Agradecimentos ao Instituto de Química - UnB pelo apoio institucional.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: 1- GEORGOGIANNI, K. G.; KATSOULIDIS, A. K.; POMONIS, P. J.; MANOS, G.; KONTOMINAS, M. G. 2009. Fuel Processing Technology, 90: 1016.
2- RAMIREZ, J.P.; CHRISTENSEN, C.H.; EGEBLAD, K.; CHRISTENSEN, C.H.; GROEN, J. 2008. Chem. Soc. Rev., 37: 2530.