Produção de biodiesel empregando catalisadores complexos de amino aromáticos com ácidos de Lewis

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Química Tecnológica

Autores

Santos, A.M.C.M.S. (IFMA) ; Araújo, W.S. (UFMA) ; Mendonça, S.J.R. (UFMA) ; Nascimento, U.M. (UFMA) ; Silva, F.C. (UFMA)

Resumo

Os catalisadores complexos ácidos de amino aromáticos com ácido de Lewis foi sintetizado, caracterizado por FTIR e aplicado na transesterificação metílica do óleo de babaçu e soja. Os testes catalíticos foram realizados com diferentes variáveis [metanol: óleo], temperatura da reação e concentração de catalisador. A partir dos resultados da reação de transesterificação observou- se boa conversão a ésteres metílicos. O catalisador que houve melhor desempenho nas análises foi o clorobis(colidina)zinco(II) ([Zn(TPy)2Cl2]) com as seguintes condições experimentais: [metanol: óleo] 11:1; temperatura de 170 °C, tempo de 16 horas e concentração de catalisador igual a 2,0% com a medida de viscosidade cinemática foi de 3,87 mm2 s-1 e rendimento a cerca de 80% para o biodiesel metílico de babaçu.

Palavras chaves

biodiesel; catalisadores complexos; óleo de babaçu e soja

Introdução

Atualmente, a busca por novos métodos e materiais tem sido bastante empregada para minimizar os impactos ambientais causados pelos combustíveis fósseis, sendo estas as principais fontes de energia do planeta. Uma alternativa para diminuir esses problemas tem-se o biodiesel devido a sua biodegradabilidade e baixa toxicidade, é uma mistura de ésteres monoalquílicos de cadeia longa produzidos pela reação de transesterificação empregando catalisadores básicos (DAS; THAKUR; DEKA, 2014; CORDEIRO et al., 2011) e ácidos (ALVES, 2011). A utilização de catalisadores sólidos que possuem sítios ácidos e/ou básicos de Lewis está entre os mais testados como catalisadores em potencial para a produção do biodiesel (CORDEIRO et al., 2011). Os catalisadores complexos organometálicos têm um potencial quando combinados em relação à catálise homogênea tem elevada eficiência e condições reacionais médias e na catálise heterogênea tem fácil reciclo e separação dos produtos. No entanto, os complexos organometálicos são compostos nos quais as ligações metal-carbono são predominantemente iônicas e apresentam também em sua estrutura compostos moleculares deficientes e ricos em elétrons, poliméricos e compostos de coordenação (DE SILVEIRA; DA SILVA, 2006; ALLAN et al., 2011). Estes compostos catalíticos são empregados em várias reações de polimerização (SMITH et al., 2016), epoxidação (HERBERT; GALINDO; MONTILLA, 2009), hidrogenação (DU et al., 2014) e transesterificação (CORDEIRO et al., 2011). O objetivo deste trabalho foi sintetizar e caracterizar por FT-IR os catalisadores complexos a base de piridina com ácidos de Lewis e avaliar a eficiência catalítica destes na reação de transesterificação do óleo vegetal de babaçu e soja com metanol.

Material e métodos

Os solventes e reagentes empregados em todas as reações foram de grau analítico (P.A.). Os catalisadores complexos de piridínio: o clorobis(colidina)zinco(II) [Zn(TPy)2Cl2] e o clorobis(piridina)estanho(II) diidratado [Sn(Py)2Cl2].2H2O foram sintetizados reagindo o cloreto de estanho diidratado (0,12 mol) misturado com a piridina (0,12 mol) sob agitação por 10 h à temperatura de 80 °C. O mesmo procedimento foi realizado com o cloreto de zinco (0,12 mol) e a 2,4,6-trimetilpiridina ou colidina (0,12 mol). O complexo foi filtrado e lavado cinco vezes com éter de petróleo para retirar as impurezas. Foi feita a secagem a vácuo por 24 h a temperatura de 120 °C. Após a purificação e evaporação do solvente resultou no produto desejado. Os catalisadores complexos foram caracterizado por Espectrometria na região do infravermelho (FT-IR), utilizando um equipamento da Shimadzu IR prestige21, no intervalo de 4000 a 400 cm-1. Os ensaios catalíticos para obtenção de biodiesel metílico de babaçu e soja foram realizados em um reator Parr modelo 4843. Foram adicionados 50 g de óleo de babaçu na razão molar (MeOH:óleo) 11:1, quantidade de catalisador 1,5-2,0 %, faixa de temperatura de 150-170 °C e tempo de 16 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 pela medida de 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).

Resultado e discussão

Os catalisadores complexos ácidos de piridínio, o clorobis(piridina)estanho(II) diidratado (Figura 1-I) e o clorobis(colidina)zinco(II) (Figura 1-II) foi caracterizado por FT-IR e observou-se os principais modos vibracionais referentes as ligações C-H (3224 cm-1; 2970 cm-1) de intensidade forte, C=N (1604 cm-1; cm-1) forte, C-N (1327 cm-1; 1388 cm-1) moderada, respectivamente. Os modos vibracionais das ligações dos metais com o átomo de nitrogênio no anel aromático foram de intensidade fraca tanto para o Sn-N (547 cm-1) e o Zn-N (466 cm-1). A Tabela 1 mostram os rendimentos dos teores de ésteres e as medidas de viscosidades obtidas nos ensaios catalíticos do biodiesel metílico de babaçu (BMB) e soja (BMS). O [Sn(Py)2Cl2].2H2O mostrou-se ativo para a produção de biodiesel, mas com rendimento em ésteres menor em relação ao de zinco em torno de 72%, pode-se observar que a quantidade de catalisador e temperatura não influenciou significativamente no processo. Supõem-se que a baixa conversão encontrada para os ésteres pode está relacionado ao ânion hidratado do complexo de estanho e este poderia hidrolisar e competir com os produtos da reação de transesterificação. O [Zn(TPy)2Cl2] alcançou um percentual em ésteres bastante significativo em torno de 80%, devido a acidez referente ao metal ligado ao anel piridínio, considerando sua atividade catalítica melhor que o de estanho. Esse bom desempenho catalítico do complexo de Zinco pode ser atribuída à sua maior concentração de sítios ácidos de Lewis. Além disso, a aplicação do complexo de Zn na transesterificação metílica do óleo de babaçu promoveu conversões de 80% com tempo de 16 h, temperatura de 170 ºC,2% de catalisador, razão molar álcool:óleo de 11:1 e o valor da medida de viscosidade cinemática foi de 3,87 mm2 s-1.

Análise espectroscópica na região do infravermelho dos catalisadores complexos ácidos de piridina com os ácidos de Lewis


Os resultados da análise quantitativa dos ésteres metílicos do biodiesel metílico de soja e babaçu e as medidas de viscosidade cinemática.

Conclusões

Os catalisadores complexos ácidos de piridínio foram ativos para a reação de transesterificação do óleo de babaçu e soja. Observou-se pelo FT-IR os grupos funcionais (C-H, C=N, C-N) que caracterizaram a produção destes catalisadores. O clorobis(colidina)zinco(II) obteve conversão a ésteres metílicos de em torno de 80% e o clorobis(piridina)estanho(II) diidratado próximo de 72%. Estes catalisadores podem ser promissores para a produção de biodiesel. As medidas de viscosidade cinemática dos biodieseis metílicos analisados estão de acordo com o estabelecido pela ANP na faixa de 3,0-6,0 mm2 s-1.

Agradecimentos

FAPEMA, CNPq, NCCA, IFMA, UFMA

Referências

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