ISBN 978-85-85905-19-4
Área
Química Tecnológica
Autores
Santos, A.M.C.M. (UFMA) ; Araújo, W.S. (UFMA) ; Mendonça, S.J.R. (UFMA) ; da Cruz, N. (UFMA) ; Nascimento, U.M. (UFMA) ; Mendonça, C.J.S. (UFMA) ; Silva, F.C. (UFMA)
Resumo
O líquido iônico ácido diidrogeno fosfato de 4-aminotolueno-3-sulfônico ([HSO3-m-C6H5NH3+][HPO4-]) foi sintetizado, caracterizado por FTIR e aplicado na transesterificação do óleo de babaçu. Foi utilizado um planejamento fatorial experimental para as diferentes variáveis [metanol: óleo], temperatura da reação e concentração de catalisador. As análises estatísticas foram realizadas a fim de avaliar a significância do modelo utilizado. As melhores condições estimadas foram: [metanol: óleo] 17,5:1; temperatura de 185 °C e concentração de catalisador igual a 3,5%. A medida de viscosidade cinemática foi de 2,85 mm2/s, com um rendimento a cerca de 92% em relação a produção de ésteres metílicos do biodiesel de babaçu (BMB).
Palavras chaves
biodesel; viscosidade; planejamento fatorial
Introdução
Os combustíveis fósseis têm sido as principais fontes de energia do planeta. No entanto, por causa do seu preço elevado, problemas de poluição ambiental e reservas limitadas, vem aumentado o interesse no desenvolvimento de energias alternativas. O biodiesel é uma alternativa atraente devido à sua capacidade de renovação, biodegradabilidade e baixa toxicidade, é uma mistura de ésteres monoalquílicos de cadeia longa produzidos pela reação de transesterificação empregando catalisadores básicos (YUE et al., 2011; CORDEIRO; DA SILVA; WYPYCH, 2011). Recentemente, houve um aumento significativo no desenvolvimento de novos catalisadores que possam ser reutilizados no processo de produção de biodiesel. Estes materiais vêm sendo estudados e aplicados na reação de transesterificação, com intuito principalmente de causar menos danos ao meio ambiente. Os Líquidos iônicos vêm ganhando grande destaque dentro da comunidade acadêmica, por apresentar grande potencialidade numa série de processos, tanto como solventes e como catalisadores em diversas reações (TAO et al, 2010). Alguns autores definem líquidos iônicos como sais orgânicos, compostos de cátions orgânicos grandes e ânions orgânicos e inorgânicos, que apresentam ponto de fusão menor que 100 °C, pressão de vapor desprezível e possuem grande estabilidade térmica e química (ZHANG, LIU, FAN, 2016). Os líquidos iônicos (LI) têm sido amplamente aplicados na reação de transesterificação do óleo vegetal. O objetivo deste estudo foi sintetizar o líquido iônico diidrogeno fosfato de 4-aminotolueno-3-sulfônico e utilizar como catalisador ácido na produção de biodiesel de babaçu e também avaliar a qualidade do biodiesel pelo parâmetro da medida de viscosidade cinemática através do planejamento fatorial.
Material e métodos
Os solventes e reagentes empregados em todas as reações foram de grau analítico (P.A.). O líquido iônico ([HSO3-m-C6H5NH3+][HPO4-]) foi sintetizado reagindo o ácido 4-aminotolueno-3-sulfônico (0,1 mol) com ácido fosfórico (0,1 mol) sob agitação por 4 h à temperatura de 80 °C. Em seguida, a purificação do material foi realizada com secagem sob vácuo por 24 h à temperatura de 100 °C. O líquido iônico foi caracterizado por Espectrometria na região do infravermelho (FTIR), utilizando um equipamento da Shimadzu IRprestige21, no intervalo de 4000 a 400 cm-1. Os ensaios para obtenção de biodiesel metílico de babaçu foram realizados em um reator Parr modelo 4843. Foram adicionados 50 g de óleo de babaçu na razão molar (MeOH:óleo) 10:1- 25:1, quantidade de catalisador 2,0-5,0 %, faixa de temperatura de 170-200 °C por um período de 1 h, com agitação de 500 rpm. O biodiesel foi purificado com 2% de Talco USP com agitação por 1 h. Após, o biodiesel foi analisado por cromatografia de camada fina (CCF) e viscosidade cinemática a 40 °C, utilizando um tubo capilar Cannon – Fenske n° 75 (ASTM D445). O teor de ésteres metílicos foi determinado em um Cromatógrafo a gás acoplado com Detector de Ionização em Chamas (CG-DIC) (EN 14103). Para avaliar a qualidade do biodiesel de babaçu foi utilizado a medida de viscosidade para otimização do processo empregando o programa computacional Statistica 8.1 para tratamento estatístico dos dados.
Resultado e discussão
O LI [HSO3-m-C6H5NH3+][HPO4-] foi caracterizado por FTIR e verificou-se os
principais modos vibracionais referentes as ligações N-H, C-H, C=C, S=O,
POH, (3408, 2917, 1417, 1180, 1095 cm-1), respectivamente. O gráfico de
Pareto (Figura 1A) indicou que a concentração do catalisador não foi
estatisticamente significativa, a um nível de confiança de 95%. Demonstrou
que faixa estudada para esta variável não foi eficiente na redução da
viscosidade cinemática e, consequentemente, um aumento no rendimento de
ésteres. As variáveis temperatura (1), razão molar (2) e a interação (1 e 2)
foram que mais influenciaram estatisticamente no processo de obtenção de
biodiesel. Os gráficos de Metodologia da Superfície de Resposta (MSR)
(Figura 1A e 1B) indicaram que os pares: temperatura e razão molar,
temperatura e catalisador, mostraram que diminuindo a quantidade de
catalisador e utilizando um valor médio de temperatura (185 °C), os valores
da viscosidade diminuem e consequentemente, aumenta o rendimento do teor de
ésteres na reação de transesterificação. A Tabela 1 mostram os rendimentos
dos teores de ésteres e as medidas de viscosidades obtidos no planejamento
fatorial do BMB, pode-se observar que o melhor resultado se encontra no
ensaio 9 (ponto central), apresentou menor valor de viscosidade cinemática
(2,85 mm2/s) e exibiu um rendimento a ésteres de 91,60%. A partir destes
resultados, podemos inferir que a viscosidade cinemática é um bom parâmetro
para avaliar a qualidade do biodiesel produzido no processo de
transesterificação do óleo de babaçu, enquanto que, a viscosidade cinemática
≤ 3,0 mm2/s podemos garantir rendimentos em torno de 90%. Os valores de
viscosidade cinemática maior que 3,0 mm2/s observaram-se baixos rendimentos
a ésteres, nos ensaios 1 (66,30%) e 5 (62,40%).
Os resultados do planejamento fatorial da produção de biodiesel metílico de babaçu as medidas de viscosidade cinemática.
Análise estatística das variáveis em relação aos valores da viscosidade cinemática do biodesel metílico de babaçu
Conclusões
A medida de viscosidade cinemática demonstrou ser um importante parâmetro para pré-determinar a eficiência da produção de biodiesel metílico de babaçu. O líquido iônico diidrogeno fosfato de 4-aminotolueno-3-sulfônico mostrou um bom desempenho catalítico no processo de transesterificação. A partir das análises estatísticas observou-se que as variáveis mais significativas na produção de biodiesel a partir de óleo de babaçu usando o líquido iônico foram a temperatura e razão molar. No planejamento fatorial, o ensaio 9 obteve o melhor rendimento a ésteres de 91, 60%.
Agradecimentos
FAPEMA, CNPq, CAPES, NCCA, UFMA, UFAM
Referências
ANP - Agência Nacional de Petróleo. Gás natural e Biocombustíveis. Resolução nº. 14, de 11 de maio de 2012. Regulamento Técnico n.°04/ 2012. Brasília: Diário Oficial da União, n. 236. http://www.anp.gov.br/. Acesso em: jun 2014.
CORDEIRO, C. S.; DA SILVA, F. R.; WYPYCH, F.; Ramos, L. P. Quim. Nova, v. 34, n. 3, p. 477-486, 2011.
LÔBO, I. P. FERREIRA, S. L. C.; DA CRUZ, R. S. Biodiesel: parâmetros de qualidade e métodos analíticos. Quim. Nova, v. 32, n. 6, p. 1596-1608, 2009
NASCIMENTO, U. M.; VASCONCELOS, A. C. S; AZEVEDO, E. B. Otimização da produção de biodiesel a partir de óleo de coco babaçu com aquecimento por micro-ondas. Eclética Química, v. 34, n. 4, 2009.
TAO, L.; YUEFENG, D.; SHUCAI, G. and JI, C., Application of Choline Chloride·xZnCl2 Ionic Liquids for Preparation of Biodiesel. Chinese Journal of Chemical Engineering, v.18, n. 2, p. 322-327, 2010.
YUE, C.; FANG, D.; LIU, L.; YI. T-F. Journal of Molecular Liquids. v. 163, n. 3, p. 99–121, 2011.
ZHANG, P.; LIU, Y.; FAN, M. Renewable Energy. v. 86, p. 99-105, 2016.
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