Obtenção de biodiesel a partir do óleo de soja usando como catalisador Al2O3/CeO2

ISBN 978-85-85905-10-1

Área

Química Verde

Autores

Nunes Macedo, J. (UFMA) ; Andreza Oliveira Rodrigues, J. (UFMA) ; Regina Marques Moura, K. (UFMA) ; Silva, F.C. (UFMA) ; Pereira Maciel, A. (UFMA) ; Kelly Cerqueira dos Santos, G. (UEMA)

Resumo

Este trabalho propõe a reação de transesterificação do óleo de soja utilizando álcool metílico em presença do catalisador heterogêneo alumina modificado com óxido de cério (Al2O3/CeO2). O catalisador foi caracterizado por Espectroscopia na Região do infravermelho, Fluorescência de Raios X por Dispersão de Comprimento de Onda e por Difração de Raios X. Os produtos da reação foram caracterizados qualitativamente por Espectroscopia na Região do infravermelho e por viscosidade cinemática segundo especificações da ANP e quantitativamente por Cromatografia a gás com detector por ionização de chama (GC-DIC).

Palavras chaves

Biodiesel; Transesterificação; Catálise Heterogênea

Introdução

O biodiesel é um dos combustíveis de fontes renováveis mais importantes atualmente, sendo obtido a partir da reação de metanol ou etanol e gorduras de animais ou óleos vegetais na presença de um catalisador ácido ou básico. Esta reação é conhecida como transesterificação, além do biodiesel, obtém-se também o glicerol como subproduto, que apresenta larga utilidade nas indústrias química. (AGIRRE, et.al., 2013). Na busca por condições satisfatórias de obtenção do biodiesel, desenvolveu-se também um interesse pela área da catálise. A catálise pode ocorrer de duas formas: homogênea ou heterogênea. Na primeira, o reagente e catalisador se encontram na mesma fase, já na segunda, o catalisador e o reagente encontram-se em fases distintas, sendo a última mais vantajosa, por apresentar facilidade na recuperação do catalisador no final da reação. (DIAS, FERREIRA, CUNHA, 2012). Neste contexto, objetiva-se desenvolver catalisadores heterogêneos a base de alumina e óxido de cério para serem aplicados na reação de transesterificação do óleo de soja.

Material e métodos

A alumina foi previamente dispersa em água destilada sob agitação ultrassônica por 5 minutos em 7000rpm. A quantidade do precursor polimérico de cério foi adicionada a alumina de modo que sua dopagem com cério esteja por volta de 20% em massa. Após a adição do precursor polimérico a mistura foi novamente dispersa por 5 minutos a 7000rpm. Logo após a mistura foi submetida a 70°C em banho Maria para total remoção da água. O sólido obtido foi submetido a pré-calcinação a 400°C por 2 horas e posteriormente a calcinação a 500°C por 2 horas. O catalisador foi analisado segundo as seguintes técnicas, Espectrometria na região do infravermelho com transformada de Fourier na região entre 4000 e 400 cm1 utilizando como suporte pastilhas de brometo de potássio (KBr). A composição elementar do catalisador foi determinada num Espectrofotômetro de Fluorescência de Raios X por Dispersão de Comprimento de Onda (WDXRF) e caracterizado também por Difração de Raios X. A avaliação catalítica do Al2O3/CeO2 foi realizada em um reator Parr, modelo 4843 com controle de agitação e aquecimento. O catalisador foi ativado por 60 minutos a 200°C no forno mufla EDG. 73 g de óleo de soja seco, 64,4 mL de álcool metílico e 2,5 g do catalisador foram adicionados no reator na temperatura de 180°C por um período de 16 horas com agitação em 500rpm. As análises qualitativas dos ésteres obtidos foram realizadas por Espectrometria na região do infravermelho com transformada de Fourier, cromatografia a gás (CG-DIC) e por viscosidade segundo a Norma ANP nº 04/2012.

Resultado e discussão

A figura 1 ilustra o espectro de infravermelho do catalisador Al2O3/CeO2 tratado a 500 ºC mostrando que a região de 3500 cm-1 é característica da ligação O–H. Os modos vibracionais entre 460 a 750 cm-1 correspondem à ligação Al–O. Em torno da região de 2300 e 1700 cm-1. O modo vibracional em 1640 cm-1 é atribuído às vibrações de estiramento e flexão dos grupos hidroxilas presentes em água adsorvida e água coordenada. Os dados do WDXRF representam a composição elementar no qual Al2O3 apresentou 74,91% e CeO2 24,03%. O difratograma mostrou as seguintes fases indexadas: óxido de alumínio (Al2O3), com sistema cristalino cúbico, grupo espacial Fd3m e óxido de cério (CeO2), com sistema cristalino cúbico, grupo espacial Fd3m. A figura 2 ilustra que a análise de espectroscopia na região do infravermelho realizada para caracterizar o biodiesel confirma que houve conversão a ésteres na mistura reacional. As vibrações próximas a 2922 e 2855 cm-1 estão relacionadas aos estiramentos assimétricos e simétricos de grupos C-H alifático. A forte vibração em 1740 cm-1 é característica da vibração do grupo C=O de ésteres. As vibrações próximas a 1459 cm-1 e 1364 cm-1 estão relacionadas à deformação angular simétrica do grupo CH2 e deformação angular simétrica do grupo CH3. A vibração próxima a 1160 cm- pode ser atribuída ao grupo funcional dos ésteres. O modo vibracional observado em 720 cm-1 está relacionado às deformações fora do plano do grupo CH2. A viscosidade cinemática também apresentou um valor significativo para produção do biodiesel de 5,076 mm2/s, de acordo com a norma estabelecida pela ANP, (ABNT NBR-10441). O teor de ésteres obtido na reação de transesterificação foi de 80,1%, um valor satisfatório visto que mostrou a eficiência do catalisador na reação de transesterificação.

Espectros de FTIR e Difração de Raios X do catalisador Al2O3/CeO2 tratado a 500 °C respectivamente.


Espectros de FTIR da amostra de biodiesel e Cromatograma de biodiesel metílico de soja respectivamente.

Conclusões

Diante dos resultados,observou-se que o catalisador Al2O3/CeO2 apresentou uma boa atividade catalítica na obtenção de ésteres a partir do óleo de soja, porém seu teor em ésteres obtido está abaixo do valor estimado pela ANP. Porém, valores maiores poderão ser obtidos a partir da otimização das condições reacionais.Outros materiais baseados na dopagem de óxido cério e no tratamento térmico no qual o material é submetido podem ser realizados de modo ao obter propriedades desejáveis a este promissor catalisador, como o aumento da área superficial e possivelmente o aumento da atividade catalítica.

Agradecimentos

Núcleo de Combustível, Catálise e Ambiental da Universidade Federal do Maranhão.

Referências

DIAS, F. R. F.; FERREIRA, V. F.; CUNHA, A. C. Uma Visão Geral dos Diferentes Tipos de Catálise em Síntese Orgânica. Revista Virtual de Química, p. 840-871, 2012.

AGIRRE, I.; GARCÍA, I.; REQUIES, J.; BARRIO, V.L.; GÜEMEZ, M.B.; CAMBRA, J.F.; ARIAS, P.L. Glycerol acetals, kinetic study of the reaction between glycerol and formaldehyde. Biomass and Bionergy, p. 3636-3642, 2011.

BEATRIZ, A; ARAÚJO, Y. J. K.; DE LIMA, D. P. Glicerol: um breve histórico e aplicação em sínteses estereosseletivas. Química Nova, v. 34, n. 2, p. 306-319, 2011.

BERTOLINI, M. J.; ZAGHETE, M. A. Uso Das Técnicas De Infravermelho E De Ressonância Magnética Nuclear Na Caracterização Da Reação Ácido-Base De Um Cimento Odontológico Experimental. Química Nova, v. 32, n. 5, p. 1231-1234, 2009.

HAN, R.; GAO, D.; CHENC, K. Y3Al5O12. Nanocrystallites Prepared from a Novel Crystalline Precursor. Advanced Materials Research, 306-307: 1142-1147, 2011.

HERNÁNDEZ, M. T.; GONZÁLEZ, M. Synthesis of resins as alpha-alumina precursors by the Pechini method using microwave and infrared heating. Journal of the European Ceramic Society, v. 22, p.2861–2868, 2002.

MOURA, K. R. M. Otimização do processo de produção de biodiesel metílico do sebo bovino aplicando um delineamento composto central rotacional (DCCR) e a avaliação da estabilidade térmica. Tese de doutorado. Programa de Pós Graduação em Química, João Pessoa, 2008.