ESTUDO DE PARÂMETROS REACIONAIS NA PRODUÇÃO DE BIODIESEL DE ÓLEO DE JUPATI UTILIZANDO BIOCARVÃO SULFONADO PROVENIENTE DE CASCA DE MURUMURU

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Iniciação Científica

Autores

Bastos, R.R.C. (UFPA) ; Damasceno, V.G.N. (UFPA) ; Corrêa, A.P.L. (UFPA) ; Zamian, J.R. (UFPA) ; Conceição, L.R.V. (UFPA)

Resumo

O objetivo do presente trabalho foi estudar os parâmetros reacionais tempo, temperatura e % de catalisador na síntese de biodiesel de jupati utilizando biocarvão sulfonado oriundo da casca de murumuru. Para o estudo da influência das variáveis tempo, temperatura e % m/m catalisador foram escolhidos dois níveis acima para cada parâmetro reacional citado em relação a condição de partida (4 h, 120 °C e 2% catalisador), respectivamente: 7 e 10 h; 170 e 210 °C; 4 e 6 %. A melhor condição para a catálise heterogênea ácida foi com 4 h de reação utilizando 4% de catalisador à 120 °C: 83,2% de teor de éster. Os valores de teor de éster encontrados mostraram a viabilidade da utilização da casca de murumuru como precursor de um catalisador ácido “verde” na síntese de biodiesel.

Palavras chaves

Biodiesel; Catálise Ácida; Biocarvão Sulfonado

Introdução

Nos últimos anos, a produção de biodiesel (B100) é uma fonte alternativa para os combustíveis fósseis. O biodiesel é obtido de óleos vegetais e gorduras por reações de esterificação e transesterificação utilizando catálise homogênea/heterogênea ácida/básica. A catálise heterogênea ácida é preferível devido algumas vantagens: fácil separação do meio reacional, não- toxicidade, não-corrosividade, etc. (LATHIYA et al., p. 69, 2018). Catalisadores reciclados obtidos a partir de biomassa pirolisada (Biochar ou Biocarvão) tem sido bastante investigados por apresentarem boa atividade catalítica para reações de esterificação e transesterificação simultânea a partir de óleos com alta acidez. Biocarvão é um material orgânico com alto conteúdo de carbono produzido por pirólise de biomassa apresentando alto índice de oxigênio em sua composição (24-37%). A presença de grupos sulfônicos (-SO3H) juntamente com grupos fenólicos e carboxílicos formados na pirólise de biomassas aumentam a atividade catalítica pois os grupos sulfônicos são incorporados aos átomos de carbono das bordas das folhas de carbono, tais átomos apresentam alta densidade de elétrons desemparelhados que desempenham papel importante na quimiossorção molecular (CHELLAPPAN, p. 41, 2018). A casca de murumuru é uma biomassa vegetal gerada na cadeia de produção da manteiga de murumuru que ocasiona transtornos em relação ao seu descarte e reaproveitamento nas indústrias de óleos vegetais amazônicos. O objetivo do presente trabalho foi estudar os parâmetros tempo, temperatura e % de catalisador na síntese de B100 de jupati utilizando biocarvão sulfonado oriundo do rejeito agroindustrial, casca de murumuru.

Material e métodos

O óleo de Jupati bruto foi analisado para determinação do índice de acidez segundo norma AOCS Cd 3d-63. A casca de murumuru (Astrocaryum murumuru) foi obtida da empresa de beneficiamento de óleos vegetais Beraca Ingredientes Naturais S/A situada em Ananindeua (PA), a qual gera em média 330 toneladas/ano desse resíduo agroindustrial. O rejeito obtido foi submetido a um processo de classificação (para separação da casca de murumuru de pedaços de amêndoa e sujidades). O biocarvão a partir da casca de murumuru (BCM) foi obtido por pirólise da casca de murumuru a 600°C por 1h (QUEIROZ, p. 19, 2016). O BCM foi sulfonado utilizando ácido sulfúrico concentrado a 90 °C por 4 h na razão 10:1 (10 ml de ácido:1 g de BCM), lavado com 2L de água deionizada e seco em estufa à 60 °C por 24 h para obtenção do biocarvão sulfonado (BCMS). As reações de esterificação e transesterificação simultânea foram realizadas em Sistema de Reator Múltiplo modelo 5000 da marca Parr, utilizando 10 g de óleo de Jupati e fixando-se a razão molar metanol:óleo em 18:1. Foi realizado uma reação em condições de partida (CP) – 4 h, 120 °C e 2% m/m BCMS – para começo da investigação para obtenção de B100 de Jupati (B100J) com melhores teores de éster (TE). Para o estudo da influência das variáveis tempo, temperatura e % m/m catalisador na síntese de B100J foram escolhidos dois níveis acima para cada parâmetro reacional citado em relação a CP, respectivamente: 7 e 10 h; 170 e 210 °C; 4 e 6 % m/m BCMS. Os produtos de reação foram centrifugados para retirada do catalisador, lavados com água quente à 90°C – para retirada de álcool e glicerol residual – e secos em estufa à 80°C por 48h. Os mesmos foram analisados para determinação do TE segundo metodologia da norma EM 14103.

Resultado e discussão

O óleo de Jupati apresentou um índice de acidez de 23,83 mgKOH g-1. A Tabela 1 e a Figura 1 expõe os resultados obtidos de TE para os produtos de reação do estudo da influência dos parâmetros reacionais tempo, temperatura e % m/m BCMS, assim como, para a CP. Os valores de TE para a variável tempo mostraram-se estritamente de acordo com uma característica da catálise heterogênea ácida para produção de B100 que é a necessidade de longos tempos de reação (ABDULLAH et al., p. 1049, 2017): melhor resultado para esse parâmetro foi com o maior tempo 10 h – 78,1%. A melhor resposta para TE encontrado no estudo da temperatura – 80,2% – mostrou-se aquém comparado a resultados similares (85,2%) encontrados na literatura utilizando temperaturas abaixo de 90°C (CHELLAPPAN, p. 43, 2018). Já para a variável % de catalisador, os valores de TE mostraram-se promissores devido ao baixo tempo utilizado (4h) em comparação a resultados de TE encontrados na literatura, por exemplo, Li et al., p. 347, 2014, encontrou resultados de TE próximo a 80% utilizando tempos reacionais de 15h. A melhor condição para a catálise heterogênea ácida com o BCMS a partir de óleo de Jupati foi com 4 h de reação utilizando 4% de BCMS à 120 °C (razão molar metanol:óleo 18:1): 83,2% de TE.

Teores de Éster (%) e seus respectivos parâmetros das sínteses de B100.


Comportamento do Teor de Éster (%) em relação aos níveis das variáveis estudadas para síntese de B100 de Jupati.

Conclusões

Os resultados de TE encontrados para o estudo da influência dos parâmetros reacionais tempo, temperatura e % catalisador na catálise ácida heterogênea utilizando o BCMS mostraram a viabilidade da utilização da casca de murumuru como precursor de um catalisador ácido “verde” para síntese de B100. A melhor condição encontrada foi para o nível intermediário estudado da variável % m/m BCMS − 4% − com tempo reacional de 4 h à 120°C (razão molar 18:1): 83,2% de TE. Sendo necessários, estudos de otimização desses níveis e variáveis envolvidas para o alcance de resultados de TE mais próximos de 100%.

Agradecimentos

Os autores agradecem ao Laboratório de Catálise e Oleoquímica-LCO, Laboratório de Pesquisa e Análises de Combustíveis-LAPAC, e à Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior-CAPES.

Referências

ABDULLAH, S. H. Y. S.; HANAPIA, N. H. M.; AZIDA, A.; UMARA, R.; JUAHIRA, H.; KHATOONC, H.; ENDUTA, A. A review of biomass-derived heterogeneous catalyst for a sustainable biodiesel production. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 70, p. 1040-1051, 2017.

CHELLAPPAN, S.; NAIR, V.; SAJITH V.; APARNA K. Experimental validation of biochar based green Bronsted acid catalysts for simultaneous esterification and transesterification in biodiesel production. Bioresource Technology Reports, v. 2, p. 38-44, 2018.

LATHIYA, D. R.; BHATT, D. V.; MAHERIA, K. C. Synthesis of sulfonated carbon catalyst from waste orange peel for cost effective biodiesel production. Bioresource Technology Reports, v. 2, p. 69-76, 2018.

LI, M.; ZHENG, Y.; CHEN, Y.; ZHU, X. Biodiesel production from waste cooking oil using a heterogeneous catalyst from pyrolyzed rice husk. Bioresource Technology, v. 154, p. 345-348, 2014.

QUEIROZ, Leandro Santos. Utilização de carvão ativado produzido a partir do resíduo do processamento do Açaí para remoção de Ferro (III) em água. 2016.