ÓXIDOS METÁLICOS ESTRUTURADOS COMO CATALISADORES NA PRODUÇÃO DE BIODIESEL ETÍLICO

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

Química Verde

Autores

Santos, A.M.C.M.S. (IFMA) ; Moreira, L.R.M.O. (INSTITUTO DE ENSINO SUPERIOR FLORENCES) ; Bezerra, C.W.B. (UFMA) ; Mancini, M. (UNESP) ; Boscolo, M. (UNESP)

Resumo

Este trabalho versa sobre o desenvolvimento de novos sistemas catalíticos baseados em óxidos metálicos estruturados para produção de biodiesel etílico, em substituição à catálise alcalina homogênea. Todos os materiais obtidos foram calcinados a 450 °C para a produção dos óxidos metálicos mistos e empregados como catalisadores na reação de transesterificação do óleo de soja via rotas etílica. Os materiais foram caracterizados por DRX e BET. A quantificação dos ésteres metílicos e etílicos foi realizada por Cromatografia gasosa (CG-FID). As análises confirmaram a formação dos hidróxidos duplos lamelares sem fase segregada. O emprego da sacarose na produção dos óxidos mistos obteve área específica superficial (250 m2/g) em relação aos demais HDL´s, e com rendimentos de 92% de ésteres etílicos

Palavras chaves

biodiesel; óxidos metálicos; catálise heterogênea

Introdução

As consequências do grande desenvolvimento demográfico mundial em paralelo com o desenvolvimento industrial de nossa sociedade têm sido os principais norteadores da busca por combustíveis alternativos aos derivados do petróleo. Atrelado a isso ainda há a necessidade de se reduzir a emissão dos gases causadores do efeito estufa, oriundos principalmente do consumo de combustíveis fósseis pelo setor automotivo e para a geração de energia em unidades fabris (CREMONEZ, 2015). Nesse contexto, os biocombustíveis, quando derivados de matérias-primas renováveis e produzidos por processos de reconhecida sustentabilidade ambientais, surgem como alternativas de amplo interesse social e político, particularmente quando o seu uso não exige adequações significativas na tecnologia atualmente empregada nos motores de combustão (LOSSAU, 2015). Nas últimas décadas, pesquisas envolvendo fontes renováveis de energia destacaram-se mundialmente, das quais se podem citar as energias solar, eólica, hidroelétrica, geotérmica, das marés e aquelas derivadas da biomassa, incluindo o biogás e os biocombustíveis líquidos, dentre outros (RAMOS, 2017). Mais do que uma alternativa ambientalmente correta para países em desenvolvimento como o Brasil, a adoção de combustíveis derivados de óleos e gorduras em matrizes energéticas nacionais proporciona um considerável nicho de desenvolvimento socioeconômico para a região, uma vez que além de fornecer um novo estímulo às cadeias produtivas de oleaginosas, com a subsequente geração de milhões de empregos diretos e indiretos, proporciona uma redução gradual dos níveis de importação de derivados de petróleo, favorecendo assim o equilíbrio de balanças comerciais normalmente deficitárias (RAMOS, 2017; KNOTHE, 2006)

Material e métodos

O método utilizado na preparação das hidrotalcitas foi o da coprecipitação, em que nitratos dos metais de interesse, em estequiometria previamente definida, eram precipitados por adição de hidróxido de sódio, a 65°C e na presença de íons carbonato. A sacarose foi empregada como modelador. A razão molar Mg2+:Al3+ para todas as sínteses foi de 3:1. A adição dos íons trocadores foram na proporção de 10% da razão molar do magnésio. A maturação dos precipitados foram realizada em estufa durante 12h a uma temperatura constante de 105°C. Em seguida, os precipitados foram filtrados, lavados, secos em estufa por 12h e calcinados a 450°C (4h) para obtenção dos óxidos estruturados porosos.Os materiais foram caracterizados por DRX e BET. As reações de transesterificação foram realizadas em reatores de 10 ml, a 120°C e por 12h, contendo 0,5g dos catalisadores, 2,6 mL do óleo de soja e 3,2 mL de etanol. A eficiência da reação foi medida em termos de teores de ésteres, empregando CG-FID.

Resultado e discussão

Pela técnica difração de Raios X é possível a identificação da natureza das fases cristalinas e a determinação dos parâmetros da célula unitária de um sólido (PRADO et al, 2015). Na Figura 1A estão apresentados os difratogramas das amostras preparadas com sacarose e 1B sem sacarose. O padrão para o HT foi consistente com o esperado para esta classe de materiais, apresentando reflexões em 2 igual a 11,20 - 65,40, relativas às fases (003) - (116), respectivamente. (WANG et al., 2007). Para os demais HDL´s não indicaram variações significativas entre eles. Os difratogramas dos HDL´s preparados mostram que para todas as séries foi possível observar as reflexões basais típicas da HT, classificados em sistemas cristalinos como hexagonal, com simetria romboédrica. Em catálise heterogênea, além da composição e estrutura dos catalisadores, a área superficial é parâmetro importante, pois a atividade de conversão dependerá da área disponível (BERNARDO, 2010). Os óxidos de magnésio (MgO) e de alumínio (Al2O3) normalmente têm áreas pequenas, em torno de 23,4 e 28,1 m2 g-1, respectivamente (SALOMÃO et al., 2010). As áreas normalmente relatadas para as hidrotalcitas são na faixa de 50 – 80 m2 g-1, enquanto os seus óxidos apresentam valores ainda superiores (COELHO, 2017; SUN et al., 2015). Na Tabela 1 estão relacionadas as áreas superficiais específicas para os óxidos preparados a partir da calcinação dos hidróxidos duplos lamelares preparados. Os resultados apresentam valores de conversão promissores, principalmente para a rota etílica, reconhecida como a mais problemática. Em média, os materiais preparados em meio a sacarose apresentaram melhores atividades, notadamente com íons Cu e Zn.

Análises dos difratogramas dos óxidos metálicos na presença ou não de sacarose


Análise da conversão catalítica do teor de ésteres com as hidrotalcites com ou sem sacarose.

Conclusões

A catalise heterogênea na reação de transesterificação para produção de biodiesel apresentam desafios e custo elevado. Fazendo-se necessário a superação destes desafios, objetivando para tanto tornar-se competitiva com a catalise homogênea. Os resultados de BET com uso de sacarose são concordantes com outros reportados na literatura. A sacarose – HDL’s aumentou a área específica e favoreceu a conversão de ésteres com rendimento próximos a 92% de ésteres etílicos.

Agradecimentos

UFMA, LQIM, FAPEMA, CNPQ

Referências

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