TÍTULO: Estudo da Influência do Tratamento da Resina Dowex Dr 2030 Aplicada à Produção de Biodiesel

AUTORES: Medeiros, V.D.V. (UFAL) ; Andrade, B.K.S.A. (UFAL) ; Cabral, L.C. (UFAL) ; Oliveira, H.M.T. (UFAL) ; Meneghetti, M.R. (UFAL) ; Meneghetti, S.M.P. (UFAL)

RESUMO:Este trabalho descreve a viabilidade do pré-tratamento, com ácido clorídrico, da resina de troca iônica Dowex DR 2030 utilizada como catalisador no processo de transesterificação de óleo de soja com metanol, em uma proporção 20% mol, em relação ao óleo de soja, sob uma temperatura constante de 80°C, em tempos reacionais que variaram entre 3 e 18 horas e razão molar 1:6 (óleo:metanol). A partir dos resultados foi possível observar que o tratamento não foi eficaz, e os rendimentos obtidos são inferiores aos observados sem a acidificação.

PALAVRAS CHAVES: Biodiesel; Transesterificação; Resina de troca iônica

INTRODUÇÃO:O biocombustível renovável, biodiesel, surgiu como fonte alternativa aos combustíveis fósseis. De baixo impacto ambiental, pode ser produzido com propriedades semelhantes as do diesel convencional. É quimicamente definido como uma mistura de ésteres monoalquílicos de ácidos graxos derivados de lipídeos de ocorrência natural, através da reação de triglicerídeos com etanol ou metanol, na presença de um catalisador ácido ou básico. (Soldi, 2006). A catálise por resinas de troca iônica (catiônicas fortemente ácidas) faz com que seus grupos funcionais localizados em sua superfície externa participem mais ativamente da reação. Neste trabalho foi analisada a viabilidade da aplicação do tratamento à base de HCl na resina Dowex DR 2030, com objetivo de aumentar a capacidade reativa da mesma.

MATERIAL E MÉTODOS:A resina de troca iônica comercial Dowex DR 2030 (adquirida da Sigma-Aldrich), utilizada como catalisador, foi previamente tratada com uma solução de acido clorídrico 1,8 mol/L. A lavagem de 50 mL do catalisador se deu num funil de 100 mL de capacidade, onde cerca de 300 mL de ácido clorídrico 1,8 mol/L foram depositados, a uma vazão de 10 mL/min, mantendo-se cerca de 2 cm de fase líquida acima do nível do polímero no funil. Ao término desse procedimento, a resina foi lavada com água deionizada, até se obter um teste de nitrato de prata - para íons cloreto - negativo. Posteriormente, a resina foi lavada com três porções de 50 mL de metanol e levada à estufa a 80°C, até peso constante. (Soldi, 2006). Foram realizadas reações de transesterificação, em um reator batelada de aço inox, sob agitação magnética a uma temperatura de 80°C, em diferentes tempos reacionais - 3, 6, 9, 12 e 18 horas. A mistura reacional constituiu-se de óleo de soja comercial e metanol, em proporção molar 1:6, e empregou-se 20% mol de catalisador em relação ao óleo de soja, sendo este utilizado sob a forma previamente tratada com ácido clorídrico e comparada com a resina não tratada nas mesmas condições reacionais (ANDRADE, 2012). Um cromatógrafo a gás 3400 CX da VARIAN, com uma coluna cromatográfica capilar, fase polar de polietileno glicol e comprimento de 30m. Condições operacionais: Temperatura do Injetor: 240°C; temperatura do Detector: 250°C; programação de Temperatura na coluna: 150°C durante 1 min.; 12°C/min. até 240°C, durante 21,5 min; volume de amostra: 1 uL; foi utilizado para se determinar a conversão dos triglicerídeos em monoésteres.

RESULTADOS E DISCUSSÃO:O tratamento ácido visa aprimorar a capacidade catalítica da resina, pois o íon H+ interage com os íons SO3-. Na reação, a etapa determinante é a protonação da carbonila, logo, o oxigênio aumenta seu efeito indutivo sobre o carbono tornando-o parcialmente positivo. O ataque nucleofílico do álcool é facilitado pelo H+ a fim de que ocorra a alcoólise (Solomons, 2009). A reação está representada na Figura 1 (Resende, 2005). No entanto, nas condições reacionais avaliadas (Figura 2), o tratamento da resina não se mostrou eficiente para o aumento da conversão de ésteres. As reações catalisadas pelas resinas que não passaram pelo tratamento com ácido clorídrico apresentaram rendimento semelhante, ou superior, aos obtidos com a resina acidificada. A Figura 2 mostra que a conversão em éster é fortemente influenciada pelo tempo reacional, em reações de longa duração o rendimento se mostrou elevado, sejam essas reações catalisadas pela resina submetida a tratamento prévio ou isenta de tratamento. As maiores conversões foram obtidas nas reações de 18 horas, com valores de 58 % para a resina não tratada e 66 % para a submetida a prévio tratamento. As de 3 horas de duração apresentaram valores em torno de 20% de biodiesel, independentemente de a resina ter ou não passado pelo tratamento de acidificação.Em reações de curta duração, como as de 3 e 6 horas, a atividade catalítica pode ser equiparada, tanto para o catalisador acidificado, quanto para o virgem. A diferença da atividade catalítica se torna acentuada a partir das reações de 9 horas de duração, com rendimento em torno de 47% para a resina tratada e 52% para a resina não tratada. No tempo reacional de 12 horas, a conversão em ésteres chega a 56% para o caso do catalisador não tratado, contra 47% para o tratado.

Figura 1

Esquema reacional com resina tratada (Resende, 2005).

Figura 2

Gráfico comparativo entre reações com resinas de troca iônica com e sem tratamento de acidificação.

CONCLUSÕES:Ao contrário de dados apresentados na literatura (Soldi, 2006), o pré-tratamento com ácido clorídrico da resina de troca iônica, utilizada como catalisador em reações de transesterificação, para a o produção de biodiesel de soja, não se mostrou um fator determinante na conversão de ésteres. Reações em que foi empregado o catalisador sem tratamento mostraram rendimentos superiores ou equiparados aos de reações em que o catalisador foi submetido ao tratamento prévio. Assim é possível minimizar tanto o custo, quanto os impactos causados pelos resíduos advindos do processo de acidificação da resina, tornando seu uso ainda mais viável para a produção de biodiesel de soja.

AGRADECIMENTOS: Aos laboratórios LaBEN e LinCAT que deram suporte para que a pesquisa fosse realizada. Ao MCTI, CNPq e CAPES pelo apoio financeiro.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA:ANDRADE, B.K.S.A.; CABRAL, L.C.; MEDEIROS, V.D.V.; OLIVEIRA, H.M.T.; MENEGHETTI, M.R.; MENEGHETTI, S.M.P.; “Uso a resina de troca iônica Dowex DR 2030 para a produção de Biodiesel” Anais do 5º Congresso da Rede Brasileira de Tecnologia de Biodiesel 8º Congresso Brasileiro de Plantas Oleaginosas, Óleos, Gorduras e Biodiesel, volume 2, página 1003, Salvador - Ba, 2012.
COUTINHO, F.M.B.; RESENDE, S.M.; “Catalisadores sulfônicos imobilizados em polímeros: Síntese, caracterização e Avaliação”. Polímeros: Ciência e Tecnologia, vol. 11, nº 4, p. 222, 2001.
RESENDE, S.M.; SOARES, B.G.; COUTINHO, F.M.B.; REIS, S.C.M.; REID, M.G.; LACHTER, E. R.; NASCIMENTO, R.S.V.; “Aplicação de resinas sulfônicas como catalisadores em reações de transesterificação de óleos vegetais”. Polímeros: Ciência e tecnologia, vol.15, nº 3, p. 186, 2005.
SOLDI, R. A.; “Síntese e caracterização de catalisadores polimeicos ácidos, a partir de reciclagem química de poliestireno, e avaliação da síntese do biodiesel em fase heterogênea”. Tese de Doutorado, Departamento de Química – Universidade Federal do Paraná, 2006.
SOLOMONS, T.W.G.; CRAIG, B.F.; Química Orgânica - Volume 2, Edição 9, Editora Ltc, 2009