OBTENÇÃO DE CATALISADORES HETEROGÊNEOS A BASE DE Zr COM POTENCIAL DE APLICAÇÃO NA EPOXIDAÇÃO DE ÓLEO DE SOJA

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Materiais

Autores

de Freitas, S.L. (IFMA) ; Oliveira, G.V.M. (IFMA) ; Rangel, J.H.G. (IFMA)

Resumo

Óleos vegetais são importantes fontes renováveis de matéria-prima para a indústria oleoquímica, pois além de oferecerem a possibilidade de um grande número de modificações estruturais. Uma reação importante para a indústria oleoquímica é a epoxidação. Uma alternativa aos métodos que geram grande quantidade de resíduos, seria o emprego da catálise heterogênea. A epoxidação de óleos vegetais tem sido utilizada na obtenção de lubrificantes biodegradáveis conferindo a esta maior estabilidade térmica. Os óleos vegetais são um recurso renovável e biodegradável, e a sua utilização implica em vantagens nos aspectos ambientais, sociais e econômicos. A finalidade deste trabalho foi testar o potencial catalítico de óxidos metálicos, a base de Zr incorporados à sílica na epoxidação do óleo de soja.

Palavras chaves

Óleos vegetais; Epoxidação; Catálise heterogênea

Introdução

Uma reação importante para a indústria oleoquímica é a epoxidação, que ocorre nas instaurações presentes nas moléculas de triglicerídeos de óleos vegetais, sendo os produtos formados substratos mais reativos. Os óleos vegetais epoxidados são considerados intermediários promissores para uma ampla variedade de aplicações (FARIAS, 2010). As epoxidação de óleos vegetais têm sido utilizadas na obtenção de lubrificantes biodegradáveis conferindo a esta maior estabilidade térmica (EREDA, 2004) é uma reação de importância comercial porque os epóxidos provenientes dessas matérias-primas e do oleato de metila, produto da transesterificação deles, têm aplicações como materiais plastificantes e estabilizadores de polímeros. Os biolubrificantes provenientes de óleos vegetais são formados pela junção entre as moléculas de ácidos graxos de cadeia longa e do glicerol (triglicerídeos). Os triglicerídeos naturais são facilmente biodegradados e apresentam elevada eficiência de lubrificação, contudo, apresentam limitada estabilidade térmica e oxidativa (WAGNER et al., 2001; ZHANG et al., 2003; LATHI e MATTIASSON, 2007; SALIMON, SALIH e ABDULLAH, 2011. O Ti/SiO2, contendo 0,9% m/m de titânio incorporado ao substrato de sílica, foi usado na epoxidação de óleo se soja e ésteres metílicos do óleo de soja com peróxido de hidrogênio propiciando altos rendimentos de reação e seletividade para os epóxidos (CAMPANELLA et al., 2004). Sendo assim, a finalidade deste trabalho foi testar o potencial catalítico de óxidos metálicos, a base de Zr incorporados à sílica na epoxidação do óleo de soja.

Material e métodos

Na reação de epoxidação foram utilizados 50 g de biodiesel, 40 mL de peróxido de hidrogênio, 20 mL de ácido fórmico e 0,401 mL de ácido sulfúrico em uma temperatura de 60C°. Após atingir a temperatura desejada (60C°) à solução permaneceu em agitação durante 24 horas e o produto obtido foi purificado. As amostras de óleo, biodiesel e o produto da reação de epoxidação foram colocadas em placas cromatográficas, utilizando como eluente uma mistura (4:1:1) de hexano, éter etílico e ácido acético. Após a análise cromatográfica na câmera Ultravioleta foi possível verificar as diferenças na velocidade de eluição das amostras. Para testar o potencial catalítico do óleo de soja epoxidado foram preparadas pastilhas de óxido, pesados 4,8 g de óxido de zircônio e 1,2 g de catalisador (Zn-Ca) que correspondem a 20% do catalisador para obtenção de 4 pastilhas, utilizando 6g da mistura. Os pós foram prensados de forma separada, formando uma massa compacta, obedecendo a porcentagem de catalisador adicionada. As pastilhas de óxidos produzidas, foram calcinadas a temperatura de 600°C em forno tipo mufla. Em seguida, colocados no reator 20g de biodiesel epoxidado, 18 ml de anidrido acético e 0,2g de catalisador (ZrO2). A reação ficou no reator durante 24 horas em seguida a amostra foi submetida a análise no (RMN). Os espectros de 1H NMR foram analisados em um espectrômetro BRUKER AVANCE DRX 500, em uma frequência de 300 MHz, usando CDCl3 como solvente e tetrametilsilano (TMS) como padrão interno e utilizando 25 mg de amostra. As análises foram realizadas para a determinação da transesterificação e observação do teor de éster.

Resultado e discussão

O anidrido acético é um reagente versátil para acetilações e introdução de grupos acetila em substratos orgânicos (Figura 1). A conversão do biodiesel metílico foi determinada através da espectroscopia por RMN de 1H. Segundo Knothe (2000), a relação da integração das áreas dos sinais característicos dos triacilglicerídeos com aqueles dos ésteres metílicos, possibilita a quantificação do teor de biodiesel obtido experimentalmente. Knothe (2000) quantificou os produtos da reação de transesterificação do óleo de soja por rota metílica baseando-se na integração dos picos dos hidrogênios. Os espectros de RMN 1H dos biodieseis metílicos confirmam a transesterificação dos óleos e obtenção do biodiesel metílico. Os sinais característicos dos ésteres metílicos para o H metílico, observa-se o singleto referente aos hidrogênios do grupo metila da porção da estrutura proveniente do álcool (metanol) em 3,62 ppm, mais desblindado em relação ao grupo metila terminal da parte da estrutura correspondente ao ácido graxo, que ocorre em torno de 0,9 ppm; o triplete em 2,35 ppm do metileno α-carbonila presente em todos os ésteres derivados de ácidos graxos e o desaparecimento dos sinais das moléculas de triglicerídeos representados pelos duplo-dupletes na faixa de 4,0 a 4,4 ppm. O resultado da reação de epoxidação pode ser observado na figura 2, onde se verifica a presença de dupletes na faixa de 3,1 ppm.

Resultado da reação de acetoxilação com anidrido acético


Resultado de RMN da reação de epoxidação do biodiesel de soja.

Conclusões

A modificação da estrutura química do óleo vegetal é uma boa alternativa para permitir a sua utilização direta como óleos de base lubrificantes. Todos os óxidos obtidos por síntese sol-gel foram caracterizados e testado quanto à eficiência catalítica na epoxidação do óleo de soja. Na estrutura o carbono carbonílico do anidrido acético é um eletrófilo potente, uma vez que o grupo de saída para cada carbono carbonílico (um carboxilato) é um bom receptor de elétrons. Sendo assim, os resultados obtidos revelam a eficiência catalítica do material observado na epoxidação do óleo de soja.

Agradecimentos

IFMA-Campus monte castelo. Departamento acadêmico de química(DAQ)

Referências

BAILL, A. Utilização de sólidos contendo molibdênio na catálise heterogênea para a obtenção de ésteres metílicos e etílicos a partir da esterificação de ácidos graxos e transesterificação de óleos vegetais. 2012. 128 f. Tese de Doutorado (Programa de Pós-Graduação em Química) – Departamento de Química, Universidade Federal do Paraná, 2012.

CAMPANELLA, Alejandrina; BALTANAS, Miguel A. Degradation of the oxirane ring of epoxidized vegetable oilsin a liquid–liquid–solid heterogeneous reaction system. Chemical Engineering and Processing, 46, p. 210–221, 2007.

EREDA, T. Epoxidação de óleos vegetais, visando a obtenção de lubrificantes industriais. 2004. 66 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Centro Federal de Educação Tecnológica do Paraná, Curso de PósGraduação em Engenharia Mecânica e de Materiais, Curitiba, 2004.

FARIAS, M. Síntese, caracterização de catalisadores e estudo de suas atividades catalíticas na epoxidação de óleos vegetais. 2010. 142p. Tese de Doutorado (Programa de Pós-Graduação em Química), Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2010.

WAGNER, H., LUTHER, R., MANG, T. Lubricant base fluids on renewable raw materials their catalytic manufacture and modification.AppliedCatalysis, v. 221, p. 429-442, 2001.