DESENVOLVIMENTO DE BIOLUBRIFICANTES A BASE DE ÓLEO DE MORINGA

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

Iniciação Científica

Autores

Barros Aquino, C. (UFPE) ; da Silva Santos, E. (UFRN) ; Lins de Barros Neto, E. (UFRN)

Resumo

Neste trabalho foi obtido um biolubrificante aditivado com nanopartículas de óxido de ferro para uma melhor resistência ao atrito e desgaste, que seja não tóxico ao meio ambiente. Foi sintetizado o biolubrificante a base de óleo de moringa através do equipamento Soxhlet. Em seguida foram realizadas as análises físico-químicas para caracterizar os biolubrificates a base de óleo de moringa puro e o aditivado. Os resultados mostraram que o biolubrificante de moringa foi extraído e aditivado com sucesso como mostra as suas características físico- químicas. Do ponto de vista tribológico, verificou-se que não houve uma diferença significativa no desempenho para o fluido aditivado com nanopartículas de óxido de ferro quando comparado ao fluido não aditivado.

Palavras chaves

Biolubrificantes; Óleo de moringa; Nanopartículas de óxido

Introdução

A sociedade é altamente dependente de petróleo para diversas atividades. Cerca de 90% do petróleo produzido é destinado, como fonte de energia, aos transportes, geração de calor e eletricidade e os 10% restantes são utilizados como matérias-primas na indústria química para a fabricação de produtos químicos, tais como: solventes, lubrificantes, plásticos sintéticos, borrachas, detergentes, tintas e outros [01]. Entretanto, o petróleo é uma fonte finita e seu uso provoca vários problemas ambientais, dentre eles o aumento dos níveis de dióxido de carbono na atmosfera e a contaminação de águas e solos. O investimento em fontes alternativas de energia é bastante promissor para redução dos níveis de contaminantes atmosféricos, emitidos por diversos processos que utilizam o petróleo como matéria-prima. Biolubrificantes é um termo usado para descrever produtos lubrificantes que atendem a qualquer um dos seguintes critérios: biodegradabilidade, origem biológica ou baixa toxicidade. Os biolubrificantes são geralmente usados em aplicações ambientalmente sensíveis, onde esses recursos são imperativos. O aumento da conscientização sobre produtos renováveis, a legislação que incentiva o uso de biolubrificantes e o crescimento das indústrias de uso final estão impulsionando esse nicho de mercado. O progresso biotecnológico possibilita a utilização de óleos vegetais e seus derivados em 20% da matéria- prima utilizada na fabricação de tensoativos, detergentes, lubrificantes, solventes, tintas, insumos químicos e cosméticos [02]. O desenvolvimento de novos lubrificantes está diretamente relacionado com as propriedades físicas e químicas dos materiais utilizados na elaboração desses produtos ou nos aditivos a eles incorporados. Então se torna de fundamental importância as pesquisas que visam desenvolver novos lubrificantes para novas aplicações, ou elevar o desempenho desses na interface metal-metal nas máquinas; isto é, uma melhoria das condições tribológicas, além do aumento da vida útil da ferramenta [03]. As principais empresas globais de lubrificantes já estão entrando nesse mercado. Por exemplo, em novembro de 2016, a BP anunciou sua entrada no segmento de biolubrificantes com o lançamento do óleo de motor Edge Bio-Synthetic, o primeiro produto de base vegetal da empresa. A BP afirma que o produto é idêntico a outros produtos da BP e da Castrol em termos de desempenho. Entretanto, um quarto da formulação é de base vegetal. Outros fabricantes provavelmente seguirão o mesmo caminho. A conjunção de aspectos regulatórios; maior oferta; e demanda aponta para um crescimento mais expressivo do mercado de biolubrificantes obtidos a partir de óleos vegetais. Moringa é uma árvore de crescimento rápido, nativa da Índia e amplamente difundida em regiões tropicais e subtropicais. Partes da árvore Moringa, tais como: As folhas frescas. vagens de frutas e extratos têm alto valor nutricional, incluindo proteínas, vitaminas, minerais e fitoquímicos [04]. O cultivo da árvore de Moringa tem sido muito encorajado a fim de aumentar a segurança alimentar e reduzir a subnutrição. Além de seu uso em alimentos e ração animal, partes da moringa têm sido utilizadas em outras indústrias relevantes como energia, bio renováveis, agricultura e medicina [05]. A produção de energia renovável bem como de produtos bio renováveis são os principais alvos dos países preocupados com medidas políticas para atenuar as alterações climáticas e as flutuações dos preços dos combustíveis e derivados do petróleo. Diante disto, o objetivo geral deste trabalho é analisar o desempenho tribológico do biolubrificante a base do Óleo de Moringa.

Material e métodos

As vagens contendo as sementes de Moringa foram coletadas na Fazenda Moringá, localizada na área rural do município de Taipu no Rio Grande do Norte-RN. Para a obtenção das sementes de cor branca essas foram separadas das vagens e das amêndoas que as encobriam. Para a extração do óleo vegetal a partir da semente da árvore Moringa Oleifera, foi adotado o seguinte procedimento: as sementes foram descascadas e trituradas em um liquidificador comum para obtenção de um material com granulometria fina. Em seguida, o material foi separado em porções de 10 g e colocado em saches de papel protegidos por cartuchos de isopor. A extração por solvente foi realizada com auxílio do aparelho Soxhlet, onde se utilizou, em cada sache, cerca de 10 g do material obtido para 100 ml de solvente. O solvente utilizado foi o hexano, para garantir o processo de extração à temperatura foi mantida um pouco maior do que o ponto de ebulição do solvente, para garantir que a temperatura do sistema realmente atingisse 68 oC. Depois de 7 horas, tempo considerado para garantir a extração do óleo de moringa, transferimos a mistura (óleo e solvente) para um rota- evaporador, onde o solvente foi separado do óleo. Em seguida o hexano contendo o óleo de moringa sobrenadante foi transferido para um balão de fundo redondo. Esse balão foi acoplado a um evaporador rotativo para separação do óleo de moringa do solvente. Após a obtenção do óleo, uma amostra foi separada para aditivação com nanopartículas de óxido de ferro. Para aumentar a dispersão das nanopartículas nos óleos vegetais estas passaram por um processo de recobrimento com ácido oléico, de acordo com o seguinte procedimento: Pesou-se em um Becker 0,0127g de ácido oleico para uma massa de 0,2540 g de nanopartículas de óxido de ferro, posteriormente acrescentou-se 20 mL de etanol seguindo de agitação magnética por 2h a 60 oC. Após esse tempo o sistema foi levado à estufa para secagem completa do etanol [06]. Para obter uma boa dispersão e estabilização do óleo, foram utilizados 0,1% em relação à massa do óleo vegetal. A dispersão das nanopartículas seguiu o seguinte procedimento: Foi utilizado 62,5 mL de tolueno para 50 mL do óleo vegetal acrescido de 0,1% de nanoparticulas recobertas com ácido oleico. Esse sistema foi submetido à agitação magnética por 6h a uma temperatura de 20 oC, em seguida foi colocado em estufa por 2h a 60oC para a evaporação completa do tolueno. As amostras foram caracterizadas por diversas técnicas físico- químicas de análise, tais como: densidade, índice de acidez, potencial hidrogeniônico, análise termogravimétrica (TG/DTG) e espectroscopia na região do infravermelho (FTIR).

Resultado e discussão

As propriedades físico-químicas são essenciais para determinar a qualidade de um lubrificante. Os parâmetros escolhidos foram para avaliar características gerais do óleo vegetal de moringa. Na Figura 01 são apresentados os parâmetros analisados para os biolubrificantes desenvolvidos neste trabalho. De acordo com a Figura 01, o óleo de moringa puro e aditivado apresentam pH na faixa entre 6-7, ou seja, apresenta-se levemente ácido a neutro. As densidades dos óleos deste estudo convergem com referências que apontaram valores entre 880,9 kg.m-3 para obtenção do óleo através da extração por solvente e 909,9 kg.m-3 por meio de prensagem a 40 oC, mostrando tendência de diminuição no processo extrativo por solvente. As massas específicas do óleo de moringa puro e do óleo de moringa aditivado estão abaixo do refinado de soja (913,8 kg.m-3, a 40o C), mas bem próximo da média de óleos vegetais que variaram de 902,6 kg.m- 3 para o de amendoim a 940,6 kg.m-3 para o de babaçu [07]. O índice de acidez mede a presença de ácidos graxos livres (AGL). O óleo de moringa puro apresentou elevado índice de acidez. O elevado índice de acidez do biolubrifiante puro (OM) pode ser comparado ao óleo de girassol, porém pode não ser uma característica positiva já que uma alta acidez ajuda a reduzir o desgaste e a corrosividade nos sistemas a serem utilizados. A acidez do biolubrificante aditivado (OMA) apresentou índice quase 40% menor do que o biolubrificante puro. A água presente, mesmo em pequenas quantidades, nos óleos é um fator depreciativo favorecendo reações de hidrólise, oxidação e degradação microbiana contribuindo negativamente para a produção do biolubrificantes [08]. Os teores de água deste estudo ficaram, aproximadamente, entre 0,2% para o óleo pruro e 0,6% para o óleo aditivado, exigindo para ambos tratamentos de secagem. A utilização da termogravimetria pode ser um importante fator de caracterização na determinação da qualidade de óleos vegetais para a utilização dos mesmos em processos industriais. As curvas termogravimétricas das amostras OM e OMA estão apresentadas na Figura 02. Os resultados das curvas termogravimétricas derivadas (DTG), que representa a derivada da variação de massa em relação à temperatura, foram realizados a partir da derivada de primeira ordem das curvas termogravimétricas (TG). As curvas DTG fornecem com mais clareza os pontos finais e iniciais dos processos analisados. As curvas TG, confirmadas pelas curvas DTG, apresentam duas etapas principais de perda de massa para ambas as amostras (OM e OMA), atribuídas aos seguintes processos: A primeira etapa de perda de massa é devido a saída de moléculas de água na faixa de temperatura ambiente até aproximadamente 200 oC, nesta etapa a amostra de óleo aditivada apresenta um percentual de perda em torno de 40% bem superior ao do óleo puro que foi de 15%. A segunda etapa de perda de massa é considerada a mais importante para caracterizar as amostras quanto a sua estabilidade térmica e é atribuída ao processo de degradação da matéria orgânica (ácidos graxos) e tem início em torno de 300 oC, nesta fase a amostra OMA apresenta um percentual de perda em torno de 80% bem superior a OM que foi em torno de 60%. A partir destas análises podemos atribuir aos óleos estudados uma estabilidade térmica até a temperatura de 300 oC. A partir dos espectros de infravermelho das amodtras de óleo puro e aditivado, pode ser observado os espectros que ambas as amostras apresentam posições de banda e intensidade semelhantes mostrando que o aditivação com nanopartículas de ferro não interfere na composição do óleo, uma vez que, aparentemente, mantém-se os mesmos grupos funcionais. O espectro da amostra aditivada com nanopartíclas de ferro apresenta uma banda adicional com número de onda em torna de 690 atribuída ao estiramento Fe-O. Nos dois espectros pode ser observada uma banda de forte intensidade próxima a 1740 cm-1, atribuída à deformação axial de carbonila de éster e uma segunda banda, também intensa e que comprova a existência da primeira, entre 1000-1300 cm-1, referente à deformação axial assimétrica da ligação C-C-O. As posições relativas das bandas são consistentes com as previstas pela literatura para óleos [09]. Analisando os espectros é possível identificar as seguintes bandas de absorção que também são comuns às duas amostras: as bandas com número de onda entre 2924 e 2853 correspondentes aos estiramentos simétricas e assimétricos de grupos CH2 (-C-H); com número de onda 1465, relacionado à vibração tipo tesoura de grupos CH2; com número de onda 1376, relacionado aos dobramentos simétricos de grupos CH3, com número de onda 1236 e 1163, relacionadas a vibrações de estiramento de grupos éster e com número de onda 722 cm-1 que corresponde às vibrações de balanço H-C-H [10].

Características físico-químicas a base de óleo de moringa puro (OM) e aditivado com nanopartículas de óxido de ferro (OMA)


Curvas termogravimétricas (TG) do óleo de moringa puro e aditivado com nanopartículas de ferro.

Conclusões

Com relação a esses estudos podemos concluir: • A extração por solvente e um processo eficiente para extração de óleos vegetais; • A partir dos resultados da caracterização físico-química (densidade, índice de acidez, potencial hidrogeniônico e umidade) os óleos de moringa puros e aditivados apresentaram características eficientes para utilização de óleos vegetais podendo ser utilizado como biolubrificantes; • De acordo com os resultados da caracterização de espectroscospia na região do infravermelho (FTIR) o óleo puro e aditivado apresentaram os principais picos relacionados a estiramentos de grupos funcionais característicos de óleos vegetais e na amostra aditivada observamos a presença do pico relacionado a ligação Fe-O comprovando a presença das nanopartículas. • Através dos resultados da caracterização por análise termogravimétrica (TG) concluímos que as amostras de óleo puro e aditivado apresentaram estabilidade térmica até a temperatura próxima a 300 0C, a partir de então inicia-se o processo de degradação da matéria orgânica.

Agradecimentos

Os autores agradecem a Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) pela concessão das bolsas de Iniciação científica.

Referências

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