ISBN 978-85-85905-10-1
Área
Materiais
Autores
Quirino, M.R. (LABQUIM/UFPB) ; Oliveira, M.J.C. (UFCG) ; Medeiros, J.A. (LABQUIM/UFPB) ; Melo, A.M. (LABQUIM/UFPB) ; Keyson, D. (UFPB) ; Ventura, W.S.N. (LABQUIM/UFPB) ; Gama, L. (UFCG)
Resumo
O presente trabalho tem como objetivo sintetizar, caracterizar a boehmita (γ- AlO(OH)) e testá-la frente a obtenção do biodiesel de soja. A boehmita foi sintetizada em um reator hidrotérmico de micro-ondas partindo-se de uma solução contendo 25mmol de Al(NO3)3.9H2O em 123mL de água destilada e 27mL de NH4OH. A solução foi submetida a um tratamento hidrotérmico assistido por micro-ondas sob temperatura de 180oC por 3 horas tendo-se como resultado um precipitado branco. O pó foi seco e submetido a caraterizações (Raios X, BET e MEV). O teste catalítico foi realizado durante 3 horas a 180oC. Através deste método foi possível obter boehmita nanométrica com alta área superficial em condições brandas a qual apresentou atividade catalítica frente a transesterificação metílica do óleo soja.
Palavras chaves
boehmita; método hidrotérmico; catálise heterogênea
Introdução
A boehmita (γ-AlOOH) é a precursora da γ-alumina (γ-Al2O3), amplamente utilizada como um suporte de catalisadores de refinação (RAYBAUDA et al., 2001) Recentemente muitos estudos estão focados na preparação de nanomateriais de boehmita, pois estes servem como suportes catalíticos, retardantes de chama, adosorventes, etc. (CHEN et al.,2008) O método hidrotérmico via energia por microondas (HMO) é descrito como um método de obtenção rápida e com produção uniforme de material obtido em comparação com tratamentos hidrotérmicos convencionais sem o uso de microondas. Esse método de síntese consiste em aumentar a cinética de cristalização em uma ou duas ordens de magnitude. A alta frequência de radiação eletromangética interage com os dipolos permanentes da água e propicia um rápido aquecimento resultante de rotação molecular (RICCARDI et al., 2009; BENITO et al., 2010). Uma possibilidade de aplicação da boehmita é seu uso na produção de Biodiesel, via catálise heterogênea. O Biodiesel é industrialmente produzido através de reação homogênea de transesterificação de óleos vegetais na presença de espécies básicas como catalisadores. Entretanto, neste processo há a necessidade de purificação da fase éster e remoção da base após a reação (ALBUQUERQUE et al., 2008). Catalisadores heterogêneos, no entanto, permitem sua separação mais facilmente dos produtos reacionais. Portanto o objetivo deste trabalho é obter boehmita através do método HMO e realizar um teste de bancada frente a transesterificação metílica do óleo de soja comercial.
Material e métodos
Para sintetizar a boehmita, inicialmente utilizou-se uma solução contendo 25mmol de Al(NO3)3.9H2O em 100mL de água destilada. A solução foi agitada constantemente por 10 minutos. A esta mistura foi adicionada 27mL de NH4OH. Então, 23 mL de água destilada foi adicionada até formar um volume total de 150mL. Mais uma vez a solução precursora foi agitada por 15 minutos. Então esta solução foi colocada no reator hidrotermal de micro-ondas e submetida a um tratamento hidrotérmico assistido por micro-ondas sob temperatura de 180ºC por 3 horas. O reator utilizado foi da marca INOVTEC modelo RMW 1, utilizando uma freqüência de f=2,45Hz. Foi gerada uma pressão autógena de 12bar. A autoclave foi resfriada naturalmente até temperatura ambiente. O precipitado branco resultante foi coletado e lavado até pH neutro. O pó foi seco em estufa por 120ºC por 24 horas. A amostra de boehmita foi submetida a uma análise de caracterização estrutural através da técnica de Difração de Raios X (DRX) utilizando um equipamento SHIMADZU (XRD 6000) com radiação Cu-Kα (λ = 1,5418 Å) percorrendo um ângulo de variação entre 5º e 85º. Para observar a morfologia das partículas, utilizou-se um microscópio eletrônico de varredura Philips modelo XL30. Para obter uma importante propriedade estrutual da amostra, a área superficial, esta foi determinada pela técnica de adsorção e dessorção de nitrogênio. A análise foi efetuada em um aparelho ASAP 2000 - Micrometrics. Para tal a amostra fora degaseificada a 500oC por 5 horas e 10-3 torr. O valor da área supercial foi calculada pelo método BET. O teste catalítico foi realizado a 180oC, razão molar de óleo álcool 1:20 e 2% de catalisador em relação a massa do óleo e tempo de reação de 3h. Foi adotada uma massa padrão de 10g de óleo de soja.
Resultado e discussão
De acordo com a Figura 01, os picos apresentados pela amostra estão de acordo
com a ficha padrão JCPDS 21-1307 da boehmita, caracterizando uma estrutura
nanométrica, de estrutura cristalina ortorrômbica e de tamanho de cristalito
8,09nm.
Através da observação das imagens de microscopia de varredura eletrônica (MEV)
com aumentos 50000X e 100000X, Fig.02, foi possível observar as nanoestruturas
de Boehmita.
A Boehmita se apresentou com morfologia de um grande agregado de pequenas
partículas (nanopartículas) resultando em clusters maiores. Estes aglomerados
são resultantes das interações interpartículas do tipo Van der Waals.
Este material apresentou área superficial BET de 226,3m2.g-1. Cai et al. (2009)
sintetizaram esferas de boehmita pelo método hidrotermal convencional em 180oC
por 180min, sem exposição das micro-ondas, obtendo uma área superficial de 93.6
m2.g-1.
Com relação ao teste catalítico foi realizado um teste em branco que apresentou
um percentual de conversão de 28,9%, a boehmita apresentou um percentual de
conversão de 47,29%. Evidenciando, que o material apresentou percentual de
conversão superior ao experimento executado na ausência de catalisador,
mostrando ser ativo frente a reação de transesterificação metílica do óleo de
soja (obtenção do biodiesel). Pugnet et al. (2008) avaliaram o catalisador
aluminato de zinco (ZnAl2O4), onde este apresentou percentual de conversão de
aproximadamente 45% para condições de reação 4% em massa de catalisador, 200ºC,
razão molar metanol/óleo de 27/1.
Difratograma de raios–X da amostra de boehmita sintetizada pelo método HMO
Micrografias obtidas por MEV para a amostra de boehmita sintetizada através do método HMO com ampliações respectivas de (a) 50.000X e (b) 100.000X
Conclusões
Através deste método HMO e que aplica condições brandas de obtenção, baixa temperatura e curto tempo de síntese, foi possível obter boehmita nanométrica com alta área superficial, a qual apresentou atividade catalítica frente a transesterificação do óleo soja comercial (obtenção de biodiesel).
Agradecimentos
Agradecimentos à Agência Nacional de Petróleo Gàs Natural e Biocombustíveis (ANP – PRH 25) pelo suporte financeiro.
Referências
ALBUQUERQUE, M.C.G. Síntese, caracterização e aplicação de catalisadores heterogêneos para a produção de biocombustíveis. 2008. 130 f. Tese (Doutorado em Química orgânica e inorgânica) – Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará.
BENITO, P.; HERRERO, M.; LABAJOS, F. M.; RIVES, V. Effect of post-synthesis microwave-hydrothermal treatment on the properties of layered Double hydroxides and related materials. Applied Clay Science, v. 48, p. 218-227, 2010.
BONNEAU, J. L.; TICHIT, D. Stability, activity and selectivity study of a zinc aluminate heterogeneous catalyst for the transesterification of vegetable oil in batch reactor. Applied catalyst A: General, vol.374, p. 71-78, 2010.
CAI, W.; YU, J.; MANN, S. Template-free hydrothermal fabrication of hierarchically organized γ-AlOOH hollow microspheres. Microporous and Mesoporous Materials, v.122, p. 42-47, 2009.
CHEN, X. Y.; ZHANG, Z. J.; LI, X. L., LEE, S. W. Controlled hydrothermal synthesis of colloidal boehmite (γ-AlOOH) nanorods and nanoflakes and their conversion into γ –Al2O3 nanocrystals. Solid State Communications, v.145, p. 368-373, 2008.
PUGNET, V.; MAURY, S.; COUPARD, V.; DANDEU, A.; QUOINEAUD, A. A.;
RAYBAUDA, P.; DIGNEA, M.; IFTIMIEA, R.; WELLENSA, W.; EUZENB P.;
RICCARDI, C. S.; LIMA, R. C.; DOS SANTOS, M. L.; BUENO, P. R.; VARELA, J. A.; LONGO, E. Preparation of CeO2 by a simple microwave-hydrothermal method. Solid State Ionics, v.180, p. 288-291, 2009. TOULHOATA, H. Morphology and Surface Properties of Boehmite (γ-AlOOH): A Density Functional Theory Study. Journal of Catalysis, v. 201, Issue 2, p. 236–246, 2001.
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