Adequação da acidez livre do óleo de pequi por esterificação sob catálise heterogênea ácida para produção de biodiesel

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Química Orgânica

Autores

Moreira, A. (UFRJ) ; Vieira, J. (IFMA) ; Mota, C. (UFRJ) ; Lachter, E. (UFRJ)

Resumo

Industrialmente o biodiesel é obtido por meio da transesterificação sob catálise homogênea básica, tendo como desvantagem a de requerer matéria- prima de alta qualidade. O objetivo do trabalho foi de tratar o óleo de pequi, de baixa qualidade, para que este pudesse ser empregado na obtenção de biodiesel. O tratamento se deu por meio de esterificação com metanol sob catálise heterogênea ácida em um reator PARR. Parâmetros como razão molar óleo/metanol, temperatura, porcentagem de catalisador e tempo reacional foram avaliados. Observou-se que nas reações conduzidas com razão molar de 1:8, 0,5% de catalisador, à 110ºC por 2 horas consegue-se tratar o óleo. Conclui-se então que a esterificação por catálise heterogênea é viável para o tratamento de materiais para a obtenção de biodiesel.

Palavras chaves

esterificação; catalise; biodiesel

Introdução

A busca por novas fontes de energia, que sejam também renováveis tem aumentado muito ao longo dos últimos anos, uma das fontes que surgiram nessa alavancada de estudos foi o biodiesel (MENEZES, p. 20-21, 2016). O biodiesel é um biocombustível obtido a partir da transesterificação de óleos ou gorduras com um álcool de cadeia curta na presença de catalisador básico. Industrialmente, o biodiesel é obtido por meio da transesterificação sob catálise homogênea com NaOH, sendo que essa apresenta a desvantagem de requerer uma matéria-prima de boa qualidade, contendo teor de ácidos graxos livres menor que 0,5% (MELERO et al, p. 323, 2010). Com isso, deve-se ter uma etapa de refino do material antes da produção de biodiesel. Além disso, o biocombustível obtido pode passar por sucessivas etapas de neutralização e lavagem, gerando altas quantidades de efluentes. Por conta disso, muito tem sido investigado sobre o uso de materiais de baixa qualidade empregando reações sob catálise heterogênea. Uma alternativa para o uso de matérias-primas de qualidade inferior é a reação de esterificação dos ácidos graxos livres presentes sob catálise heterogênea ácida de forma a adequar o material previamente à transesterificação. Na literatura, observa- se que é possível obter bons rendimentos com a estratégia citada anteriormente (BASSAN et al, p. 621-622, 2013). O objetivo do seguinte trabalho é reduzir o teor de acidez livre do óleo de pequi por meio da esterificação sob catálise heterogênea ácida empregando o ácido propilsulfônico suportado em silica mesoporosa SBA-15 de forma a permitir o uso desse óleo para a produção de biodiesel. O tratamento será eficiente se o óleo ao final apresentar %AGL<0,5%, em rendimento a reação será eficiente se este for >65%.

Material e métodos

O óleo de pequi foi devidamente caracterizado em termos de índice de acidez por meio de titulação ácido-base, onde o óleo era solubilizado em uma solução éter etílico/etanol na proporção de 1:2, aquecido a 40ºC e então titulado com solução padrão de NaOH e fenoftaleína como indicador. Para a reação de esterificação empregou-se 3 g do óleo de pequi, o que em termos de ácido oleico resulta em 0,011 mols. Como agente esterificante foi usado o metanol (Vetec P.A., 99,8%) e como catalisador empregou-se o ácido propilsulfônico suportado em silica mesoporosa SBA-15. As reações foram conduzidas em um reator PARR modelo 4566C sob agitação de 600 rpm. Parâmetros reacionais como a razão molar óleo:metanol, temperatura, tempo reacional e porcentagem de catalisador foram avaliados. As razões molares estudadas foram 1:6 e 1:8, as temperaturas avaliadas foram de 90ºC e 110ºC. Já os tempos reacionais foram 1 e 2 horas e por fim as quantidades de catalisador foram 0,0%, 0,5%, 1,0% e 5,0%. Ao final das reações, a mistura reacional era centrifugada a 2500 rpm por 15 minutos para a deposição do catalisador. O sobrenadante era então tomado e aquecido em banho-maria de forma a evaporar o metanol residual que ficasse contido no óleo esterificado. Após, o óleo era titulado com solução padrão de NaOH seguindo o mesmo procedimento usado na caracterização e com isso o índice de acidez era determinado. Com base nos índices de acidez inicial e o obtido após a esterificação, os rendimentos das reações foram calculados.

Resultado e discussão

O óleo de pequi foi devidamente caracterizado e apresentou índice de acidez 2,88 mg KOH/g óleo, equivalente a 1,44 %AGL. Com relação às reações de esterificação, os resultados se encontram nos gráficos da figura 1. Os ensaios mostraram que com o aumento da razão molar óleo:metanol de 1:6 para 1:8 ocorreu aumento no rendimento da reação. Possivelmente, isso se deve por conta do princípio de Le Chatelier, visto que a esterificação se trata de um equilíbrio e com maior quantidade em mol de metanol, o equilíbrio se desloca no sentido da esterificação. As reações também mostraram que o tempo reacional e a temperatura influenciam no rendimento da reação. Conduzindo a reação por 2 horas é possível obter rendimentos próximos de 80%, enquanto que para reações feitas por somente 1 hora, o rendimento cai. O mesmo acontece para a temperatura, observou-se que em temperatura maior, de 110ºC, o rendimento da esterificação aumenta em comparação ao rendimento da reação realizada à 90ºC. Por fim, fez-se a avaliação da porcentagem de catalisador nessas esterificações e foi observado que os ácidos graxos livres do óleo de pequi são capazes de catalisar a reação, obtendo um rendimento de 18% após 2 horas de reação. Conduzindo a reação empregando 0,5%, 1,0% e 5,0% de catalisador mostrou que os rendimentos obtidos são bem próximos, o que permite dizer que realizando a esterificação com somente 0,5% do catalisador ensaiado já é o suficiente para obter bons rendimentos e tratar adequadamente o óleo. Os resultados corroboram com a literatura de que o catalisador usado nesse estudo é viável para reações de esterificação (MAR et al, p. 435-440,

Conclusões

Com o estudo foi possível observar a viabilidade do uso do ácido propilsulfônico suportado em silica mesoporosa SBA-15, tendo sido possível obter um óleo adequado para a reação de transesterificação empregando somente 0,5% de catalisador e conduzindo a reação numa razão molar de 1:8 à temperatura de 110ºC por 2 horas, obtendo assim um óleo esterificado com %AGL igual a 0,24%.

Agradecimentos

CNPq, CAPES e FAPERJ

Referências

BASSAN, I.A.L.; NASCIMENTO, D.R.; SAN GIL, R.A.S.; DA SILVA, M.I.P.; MOREIRA, C.R.; GONZALEZ, W.A.; FARO JR, A.C.; ONFROY, T.; LACHTER, E.R. Esterification of fatty acids with alcohols over niobium phosphate. Fuel Processing Technology, 103, 619-624, 2013.
MAR, W.W.; SOMSOOK, E. Esterification of fatty acid catalyzed by hydrothermally stable propylsulfonic acid-functionalized mesoporous silica SBA-15. J. Oleo Sci., 62, 435-443, 2013.
MELERO, J.A.; BAUTISTA, L.F.; MORALES, G.; IGLESIAS, J.; VÁZQUEZ, R.S. Biodiesel production from crude palm oil using sulfonic acid-modified mesostructured catalysts. Chemical Engineering Journal, 161, 323-331, 2010.
MENEZES, R.S. Biodiesel no Brasil: impulso tecnológico: volume 1. UFLA, 20-21, 2016.