ELETRO-OXIDAÇÃO DE ETANOL DE MESOCARPO DE COCO BABAÇU SOBRE ELETROCATALISADORES DE Pt/C; Pt80Rh20/C e Pt80Ru20/C: UM ESTUDO DE DEMS

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Físico-Química

Autores

Santos Cardoso, Z. (UFMA) ; Araujo Rodrigues, I. (UFMA) ; Pereira Rodrigues, J.R. (UFMA) ; de Jesus Silva Mendonça, C. (UFMA) ; Rodrigo Almeida Ribeiro, W. (UFMA) ; Pereira Maciel, A. (UFMA)

Resumo

Neste trabalho avaliou-se o potencial do etanol obtido a partir do mesocarpo de coco de babaçu para o uso em células a combustível. Assim, foram estudadas a reação de eletro-oxidação de etanol de babaçu aplicando eletrocatalisadores de Pt, PtRh e PtRu suportados em carbon Vulcan. Os eletrocatalisadores foram sintetizados usando o método de redução por álcool. Os eletrocatalisadores foram caracterizados usando Espectrometria de Massas Eletroquímica Diferencial on-line (DEMS). A eficiência de corrente para produção de CO2 foi menor que 1% para todos os eletrocatalisadores estudados, revelando que a oxidação de etanol de mesocarpo de coco de babaçu produz menos poluentes que o álcool comercial.

Palavras chaves

babaçu; oxidação de etanol; eletrocatalisadores

Introdução

O fruto da palmeira babaçu possui grande potencial econômico, do qual pode ser obtido grande variedade de produtos, tais como: carvão, azeite, glicerina, etanol, etc.(MACIEL, 2016) A obtenção de etanol a partir do mesocarpo do coco babaçu surge como uma alternativa ao álcool P.A comercializado pelas grandes Indústrias. Dentre os diversos alcoóis estudados para o uso direto em células a combustível, o etanol é o que mais se destaca, principalmente devido a sua alta densidade energética, baixa toxidade e a possibilidade de ser produzido em larga escala através de fermentação de biomassa, o que oferece sustentabilidade ambiental e econômica.(RIBEIRO, 2007; MAKSIC, 2016) Metais como ródio e rutênio são exemplos de metais que são geralmente empregados junto a platina na produção de eletrocatalisadores. O uso de tais metais favorece a adsorção de espécies oxigenadas sobre a platina, o que leva a oxidação de CO à CO2 em baixos potenciais, através do mecanismo bifuncional ou do efeito eletrônico.( ZHOW, 2005; VIGIER, 2004; GREELEY, 2002; ZHANG, 2005) No mecanismo bifuncional, um segundo metal fornece a platina espécies contendo oxigênio, que oxidam a molécula de CO à CO2 e libera a superfície catalítica da platina para uma nova adsorção.(ZHOW, 2005; VIGIER, 2004) No efeito eletrônico, o metal adicionado à platina modifica a estrutura eletrônica da platina levando a uma diminuição da força de ligação da molécula de CO a superfície do eletrocatalisador.(GREELEY, 2002; ZHANG, 2005) Assim, este trabalho tem como objetivo avaliar os produtos da reação de oxidação do etanol de mesocarpo de coco de babaçu empregando a técnica de Espectroscopia de Massas Eletroquímica Diferencial on-line (DEMS).

Material e métodos

O mesocarpo de coco Babaçu foi obtido da Associação das Quebradeiras de Coco Babaçu de Itapecuru Mirim - MA. A produção de etanol a partir do mesocarpo do coco de babaçu se deu em duas etapas, nomeadamente: Hidrólise e fermentação. Os eletrocatalisadores Pt/C 20%; Pt80Rh20/C e Pt80Ru20/C foram preparados pelo método de redução por álcool. As suspensões catalíticas foram preparadas com 5,0 mg de eletrocatalisador, 1,0 mL de metanol, 100 μL de náfion e 1,4 mL de água deionizada. As análises de espectrometria de massas eletroquímica diferencial on-line (DEMS) foram realizadas conforme a metodologia descrita e utilizada por SILVA, W. O. ecolaboradores em seu trabalho sobre oxidação de álcool, onde foi utilizada uma célula de apenas um compartimento com entrada para os eletrodos de trabalho, referência e contra-eletrodo de platina, além de entrada de gás e controlador de temperatura. Os produtos voláteis produzidos a partir da oxidação do etanol de mesocarpo de coco de babaçu foram monitorados a partir dos sinais de massa/carga (m/z) 44 e 22, que correspondem a molécula de CO2 ionizado [CO2+] e duplamente ionizado [CO2+2], além dos sinais do acetaldeído m/z = 29 e 44, que correspondem [CHO+] e [CH3CHO+], respectivamente. Como o sinal m/z = 44 pode corresponder tanto para o CO2 ionizado [CO2+] como para a espécie [CH3CHO+], optou-se por acompanhar a formação de CO2 e acetaldeído através dos sinais m/z = 22 e 29 que correspondem as espécies [CO2+2] e [CHO+], respectivamente.(CANTANE,2012; QUEIROZ, 2014)

Resultado e discussão

Espectrometria de massas eletroquímica diferencial on-line DEMS para o Etanol de mesocarpo de coco babaçu. Stripping de CO A figura 1 mostra as correntes faradaicas e iônicas para os diferentes eletrocatalisadores utilizados durante o stripping de CO. As correntes iônicas do sinal m/z = 22 e corrente faradaica obtida por stripping de CO para os diferentes eletrocatalisadores foram correlacionadas através da equação 1.(CANTANE,2012; QUEIROZ, 2014; RIZO 2017) Reação de oxidação de etanol – ROE A formação de CO2 foi monitorada usando o sinal de carga / massa m/z = 22, o qual corresponde ao íon duplamente ionizado [CO22+] e a formação de acetaldeído foi acompanhada pelo sinal m/z = 29, que corresponde ao fragmento [CHO+].(DEUPEUCH 2016; FLORÉS-MOTAÑO , 2016) A eficiência de corrente de CO2 para os diferentes eletrocatalisadores foi determinada através da equação 2: DEUPEUCH 2016; FLORÉS-MOTAÑO , 2016)

Figura 1. A) Correntes faradaicas para os eletrocatalisadores sintetizados em meio H2SO4 0,5 moL/L-1 B) e C) correntes iônicas para os sinais de 〖CO〗_2^(2+) (m/z = 22), C) e 〖CO〗 _2^+ (m/z = 44), respectivamente.


Figura 2. A) Correntes faradaicas, B) e C) sinais de massas registrados para a formação de CO2 (m/z= 22 〖CO〗_2^(2+) e m/z= 44 〖CO〗_2^+) e B) e D) acetaldeído (m/z=29 〖CHO〗^+ e m/z= 44 〖CH〗_3 〖CHO〗^+) para a oxidação de etanol de mesocarpo de coc

Conclusões

Os estudos de DEMS mostraram que os valores encontrados para K_22^* de todos os eletrocatalisadores são próximos aos encontrados na literatura para a reação de oxidação de etanol comum. Todos eletrocatalisadores estudados durante a reação de oxidação de etanol de mesocarpo de babaçu apresentam eficiência de corrente de CO2 próximo a 1%, o que significa que a maior parte dos produtos da oxidação do etanol avaliado é constituída por acetaldeído, produto menos nocivo ao meio ambiente que o CO2 liberado durante a oxidação de combustíveis.

Agradecimentos

Os autores deste trabalho agradecem ao apoio da CAPES, FAPEMA, a UFMA, aos laboratórios NCCA e GELQ.

Referências

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