A INFLUÊNCIA DO TEMPO NA REAÇÃO DE ESTERIFICAÇÃO DO DDOP COM METANOL, UTILIZANDO BENTONITA ACIDIFICADA COMO CATALISADOR

ISBN 978-85-85905-10-1

Área

Química Tecnológica

Autores

Lopes, T.C. (IFPA) ; Melo, K.C. (IFPA) ; Luz, P.T.S. (IFPA) ; Conceição, L.R.V. (UFPA) ; Lima, R.P. (UFPA) ; Rocha Filho, G.N. (UFPA) ; Costa, C.E.F. (UFPA) ; Zamian, J.R. (UFPA) ; Nascimento, L.A.S. (UFPA) ; Angélica, R. (UFPA) ; Braga, M. (UFPA)

Resumo

O biodiesel é uma alternativa energética que há algum tempo já se destaca no mercado. A produção vem crescendo nos últimos anos tanto na área da indústria como em pesquisas acadêmicas, ampliando as aplicações de óleos vegetais e derivados, que são formados por ácidos graxos e constituem matéria prima para produção de biodiesel [1,2]. Este trabalho descreve a preparação, caracterização e alguns testes catalíticos de catalisadores ácidos (H-BC e Na-H-BC) a partir de modificações da bentonita, utilizados na reação de esterificação com o resíduo destilado advindo do processo de desodorização do óleo de palma (DDOP) com metanol. A caracterização do catalisador foi realizada através das técnicas de difração de Raios-X, adsorção de N₂ e composição química.

Palavras chaves

Biodiesel; DDOP; Bentonita Acidificada

Introdução

Devido ao alto custo e futuro esgotamento das fontes de combustíveis fósseis, as fontes alternativas e sustentáveis de energia ao longo dos últimos anos vêm ganhando grande força e crescendo no quadro econômico. O biodiesel é uma das alternativas energéticas que mais tem se destacado no mercado. Suas características especificas são ambientalmente boas e muito similares ao diesel derivado do petróleo. Existem várias formas para obtenção do biodiesel, entre elas: as reações de transesterificação de triglicerídeo e de esterificação de ácidos graxos livres (AGLs). Ambos substratos podem ser encontrados em óleos vegetais, gordura animal, borra ácida, óleos residuais, entres outros [3]. Um exemplo de matéria prima é o resíduo destilado produzido durante o processo de desodorização do óleo de palma (DDOP), pela Companhia Refinadora da Amazônia Agropalma S/A, sendo constituído em torno de 84% de AGL[4]. A catálise heterogênea oferece vantagens sob a catálise homogênea, facilita a purificação do produto e o catalisador é facilmente separado e reutilizado. O desempenho destes materiais como catalisadores está naturalmente relacionado com a natureza dos sítios ácidos ou básicos encontrados nestes materiais[5]. Dos catalisadores heterogêneos utilizados as argilas vêm sendo utilizadas em diversas reações. As argilas como catalisadores podem ser considerados bastante promissores devido a sua alta versatilidade, propriedades altamente manipuláveis, seletividade, baixo custo da matéria prima, facilidade de recuperação e reutilização. Dentre as argilas destaca-se o grupo das bentonitas que é conhecida por sua alta capacidade de adsorção. As características superficiais das argilas são conhecidas por seu uso eficaz, especialmente, como permutadores de íons e catalisadores.

Material e métodos

Para a síntese de catalisadores, foi utilizado como material de partida a Bentonita Bruta (BC). Antes da ativação ácida, parte dessa bentonita foi submetida à troca para a forma sódica, utilizando Na₂CO₃. A bentonita bruta(BC) e a bentonita sódica (Na-BC) foram submetidas à ativação ácida, com solução 4M de H₂SO₄ de acordo com o procedimento descrito por Falaras et aL.[6]. Trinta gramas de bentonita foram agitadas com 175 ml de H₂SO₄ a 80 °C durante 2h num balão de fundo redondo a pasta foi resfriada até à temperatura ambiente, centrifugou-se e lavou-se com água destilada. As amostras foram designadas como H-BC e Na-H-BC, respectivamente. A caracterização do catalisador foi realizada através das técnicas de Difração de Raios-X (DRX), a composição química foi determinada por Fluorescência de Raios-X (FRX), o volume de poros e distribuição da dimensão dos poros foi determinado por Fisissorção de Nitrogênio. A atividade catalítica das amostras sintetizadas foi examinada em uma Estação de Reação Carrossel da Radleys Tech com seis posições. Antes das reações os catalisadores foram ativados a 120°C durante 120 minutos. O resíduo destilado (DDOP) foi misturado com metanol e 5% de catalisador. A mistura foi mantida sob agitação constante de 700 rpm a 70°C por 30, 60, 120 e 180 minutos. Após completar a reação, o catalisador sólido foi separado por filtração. A percentagem de conversão do DDOP em éster foi avaliada pela medida da acidez do produto pela titulação com hidróxido de sódio. Os efeitos do tempo na reação foram investigados neste trabalho.

Resultado e discussão

Para todas as bentonitas, após a ativação, houve um decréscimo nos percentuais de Na₂O,K₂O,CaO e MgO, em função da ativação ácida remover os cátions trocáveis,substituindo-os por íons Hidrônio.Tabela1. A sílica tetraédrica da estrutura da argila é estável, mas é dissolvida com o tratamento. A camada octaédrica é afetada, mesmo a baixa concentração de ácido. Portanto,o aumento do teor em sílica após o tratamento ácido é atribuído à lixiviação de cátions trocáveis.[7] Os padrões de DRX das amostras são mostrados na figura1. 7 picos de difração em 2Θ de 7°,20°,22°,27°,35°,54°e62° são observados nos padrões de DRX.De acordo com Faghihian et al(2013) os picos a 2Θ=22° e 27° referem-se a cristobalita e impurezas de quartzo.No padrão de DRX das amostras ativadas, a intensidade dos picos característicos decresceu,pelo fato da dissolução parcial das amostras reduzir sua cristalinidade. As isotermas de adsorção de N₂ das amostras apresentaram um perfil de classificação da IUPAC do tipo II,comum em esmectitas,demonstrando que esses materiais possuem características microporosas.A tabela2 resume algumas propriedades físicas dos materiais. Pode-se observar que houve um aumento dessas propriedades,que está relacionado ao processo de ativação utilizado. Geralmente, quando o tempo de reação é aumentado um aumento gradual da taxa de conversão é esperado em reações de esterificação.[2] a figura2 demonstra que conversão aumentou de 15,61 para 22,84% nas duas primeiras horas de reação e permanece quase constante a partir de 3 horas de reação.Segundo Pires 2014,os resultados obtidos sugerem que a reação pode ter atingido seu estado de equilíbrio na temperatura considerada a partir de 3 horas.Pode então ser concluído que 2 horas de reação é o tempo ideal .

Figuras 1 e 2


Tabelas 1 e 2

Conclusões

A ativação ácida da bentonita foi bem sucedida, aumentando significativamente a acidez do material de partida o que refletiu diretamente na atividade catalítica para a reação de esterificação do DDOP com o metanol. A caracterização do catalisador demonstrou os efeitos e vantagens da ativação ácida no catalisador.Os resultados apresentados, indicam que a argila bentonítica é um material alternativo para a preparação de catalisadores, pois é uma matéria prima natural,e demonstra-se também a utilização de um rejeito sem valor comercial, com resultado eficaz na produção do biodiesel.

Agradecimentos

Ao Laboratório de Pesquisa e Análise de Combustível (LAPAC) , Finep, Fapespa e Universidade Federal do Pará (UFPA)

Referências

1. SANTOS, D. L.; BARRETO, M. L. G. ; SILVA, P. C. G. ; OLIVEIRA, R. P. S.; SILVA, G. F., Extração e Cara cterização Físico-Química do Óleo da Munguba (Pa chira aquatica Aubl.), 2010.

2. SABOYA, R. M. A., Produção de biodiesel empregando catalisadores nanoestruturados do tipo SBA-15 modificada com lantânio, 2012.

3- ADÃO, B. L. D.; MALAFAIA, F. R.; Desenvolvimento de catalisadores derivados de compostos naturais e residuais para a produção de biodiesel. Monografia (Bacharelado em Engenharia de Energia)—Universidade de Brasília, Brasília, 2013.

4- DO NASCIMENTO, L. A. S; ANGÉLICA, R. S.; COSTA, C. E. F; ZAMIAN, J. R.; DA ROCHA, F. G. N. Comparative study between catalysts for esterification prepared from kaolins. Applied Clay Science, v. 51, p. 267-273, 2011.

5- CORDEIRO,C. S.; SILVA, F. R.; WYPYCH, F. ; RAMOS L. P. Catalisadores Heterogêneos Para a Produção De Monoésteres Graxos (Biodiesel). Quim. Nova, Vol. 34, No. 3, 477-486, 2011.

6- FALARAS, P F.; LEZOU, G.; PETRAKIS, D. Bleaching properties of aluminapillared acid-activated montmorillonite, Clays Clay Miner. 48 (2000) 549–556.

7- YANG, T.; WEN,X.D.; YANG, L.; Theoretical and experimental investigations on the structures of purified clay and acid-activated clay, Appl. Surf. Sci. 252 (2006) 6154–6616

8- FAGHIHIAN, H. , MOHAMMADI; M. H. Surface properties of pillared acid-activated bentonite as catalyst for selective production of linear alkylbenzene. Applied Surface Science. P. 492-499, 2013.


9- PIRES, L. H. O.; Preparação de Catalisadores Heterogêneos Modificados com Ácido Fósforo Tunguístico para Obtenção de Ésteres Etílicos a Partir do Destilado da Desodorização do Óleo de Palma. Instituto de Ciências Exatas e Naturais, Universidade Federal do Pará, Pará, 2014.