ISBN 978-85-85905-19-4
Área
Química Verde
Autores
Araújo, W.S. (UFMA) ; Santos, A.M.C.M. (UFMA) ; Mendonça, S.J.R. (UFMA) ; Louzeiro, H.C. (UFMA) ; Nascimento, U.M. (UFMA) ; Maciel, A.P. (UFMA) ; Silva, F.C. (UFMA)
Resumo
Este trabalho teve como objetivo otimizar o processo de obtenção de biodiesel etílico, a partir do óleo de babaçu, empregando como catalisador o ácido p-toluenosulfonato de piridínio [Py+p-TSA-], através do planejamento fatorial 23 com três pontos centrais. Os resultados do planejamento fatorial mostraram que as variáveis temperatura, razão molar EtOH: óleo e teor de catalisador não apresentaram, estatisticamente, influência significativa no processo. A partir da análise de superfície de resposta do biodiesel etílico foi possível verificar que a temperatura e a quantidade de catalisador influenciam para elevar a conversão a monoésteres. No processo de síntese de biodiesel, o [Py+p-TSA-] foi eficiente como catalisador, favorecendo a obtenção de um rendimento a monoésteres acima de 89%.
Palavras chaves
Óleo de babaçu; planejamento fatorial; Biodiesel
Introdução
A evolução econômica mundial resulta da grande demanda de combustíveis por obtenção de fontes de energia e do progresso no uso das mesmas, o petróleo representa 40% das fontes de energia, onde 62% desse percentual estão voltadas para os setores do transporte e agricultura (BORGES, 2014), porém uma elevação no consumo de energia pode gerar impactos ambientais, como a emissão de gases nocivos na atmosfera. O uso de combustíveis renováveis visa minimizar os impactos gerados a partir dos combustíveis fósseis (LIRA, 2010). Atualmente, a produção de biodiesel emprega no seu processo óleo vegetal ou gordura animal e catalisadores homogêneos básicos (KOH e NaOH) (DIAS; FERREIRA; CUNHA, 2012). Os catalisadores homogêneos básicos apresentam alguns inconvenientes como, favorecem reações de saponificação no meio reacional e são de difícil remoção. Portanto, os líquidos iônicos têm sido estudados como catalisadores para a produção de biodiesel, além de oferecerem a possibilidade de serem reutilizados e reciclados, dessa forma gerando menos resíduos durante os processos (GALGANO, 2012). O presente trabalho teve como objetivo otimizar o processo de obtenção de biodiesel etílico, a partir do óleo de babaçu, empregando como catalisador o ácido p-toluenosulfonato de piridínio, através do planejamento fatorial utilizando a metodologia de superfície de resposta.
Material e métodos
Em todas as reações foram utilizados solventes e reagentes (P.A.). O líquido iônico [Py+p-TSA-] foi sintetizado reagindo piridina (0,12 mmol) com ácido p-toluenosulfônico (0,12 mmol) sob agitação por 10 horas à temperatura de 80 °C. Em seguida, a purificação do material foi realizada com éter de petróleo, seguida de secagem sob vácuo por 24 horas à temperatura de 100 °C. O líquido iônico foi caracterizado por Espectrometria na região do infravermelho (FTIR), utilizando um equipamento da Shimadzu IRprestige21, no intervalo de 4000 a 400 cm-1. Os ensaios para obtenção de biodiesel etílico de babaçu foram realizados em um reator Parr modelo 4843. Foram adicionados 50 g de óleo de babaçu na razão molar (EtOH:óleo) 10:1-20:1, quantidade de catalisador 1,0-2,0 %, faixa de temperatura de 130-200 °C por um período de 8 horas, com agitação de 500 rpm. O biodiesel foi purificado com 2 % de Talco USP com agitação por 1 hora. Em seguida o biodiesel foi analisado por cromatografia de camada fina (CCF) e viscosidade cinemática a 40°C, utilizando um tubo capilar Cannon – Fenske n° 75 (ASTM D445). O teor de ésteres etílicos foi determinado em um Cromatógrafo a gás acoplado com Detector de Ionização em Chamas (CG-DIC) (EN 14103). Na otimização do processo de obtenção de biodiesel etílico de babaçu utilizou-se o programa computacional Statistica 8.1 para tratamento estatístico dos dados.
Resultado e discussão
O LI [Py+p-TSA-] foi sintetizado e obteve um aspecto semissólido cristalino branco, com ponto de fusão de 66,41 °C e rendimento em massa de 76,0 %. A partir da análise na região do infravermelho do LI [Py+p-TSA-] foi possível identificar os principais modos vibracionais característicos do composto: 3489-1633 cm-1 (C-H, C=N), 1633 cm-1 (C=C), 1392-567 cm-1 (C-H), 1190- 1124 cm-1 (-HSO3). Na Tabela 1 apresentam os valores dos ensaios para obtenção do biodiesel etílico de babaçu utilizando o planejamento fatorial 23, com as variáveis temperatura, razão molar (EtOH:óleo) e quantidade de catalisador com rendimento dos teores a ésteres acima de 68%. O ensaio 9 obteve a maior conversão em 89,6% de ésteres etílicos. Os valores das viscosidades dos biodieseis estão de acordo com a norma ASTM D445/ANP (2014), com viscosidade média de 3,38 mm2/s. No diagrama de Pareto (Figura 1A) é possível observar os efeitos das variáveis estudadas como razão molar EtOH:óleo, quantidade de líquido iônico e temperatura, em relação ao rendimento de teor de ésteres. No gráfico do valor observado versus valor previsto (Figura 1B) pelo modelo estatístico observou-se que precisa ser ajustado, sendo que os valores previstos e observados foram semelhantes. O gráfico cúbico (Figura 1C) indica que aumentando a razão molar álcool:óleo proporcionalmente em relação a quantidade de catalisador pode-se obter um valor muito mais eficiente na conversão de ésteres, com um valor estimado de 78,03%. Através do gráfico de contorno verificou-se que os teores de ésteres aumenta na reação de transesterificação quando há um aumento na temperatura e quantidade de catalisador (Figura 1D) e corroboram com os resultados de CAVALCANTE et al., (2010) e DA SILVA et al., (2009).
Resultados das análises do planejamento fatorial da produção de biodiesel etílico de babaçu e medida de viscosidade cinemática.
A análise dos dados experimentais que identificam a influência das variáveis no processo de obtenção de biodiesel etílico de babaçu.
Conclusões
O líquido iônico demonstrou boa atividade catalítica na reação de transesterificação, com conversão a monoésteres etílicos acima de 89%, o rendimento em massa média de biodiesel em 89,49% e a medida de viscosidade média foi de 3,38 mm2/s. O [Py+p-TSA-] foi sintetizado e caracterizado por FTIR e identificou os grupos funcionais de estrutura e além de apresentar ponto de fusão de 66,41 °C. Na Análise de dados do planejamento fatorial, observou-se que as variáveis temperatura e quantidade de catalisador influenciaram no processo para o aumento na conversão dos ésteres etílicos.
Agradecimentos
FAPEMA, CNPq, NCCA, UFMA
Referências
ANP - Agência Nacional de Petróleo. Gás natural e Biocombustíveis. Resolução nº. 14, de 11 de maio de 2012. Regulamento Técnico n.°04/ 2012. Brasília: Diário Oficial da União, n. 236. http://www.anp.gov.br/. Acesso em: jun 2014.
BORGES L. B. B. Aplicação de catalisador químico heterogêneo na transesterificação de miscelas etanólicas de óleo de soja. 2014. Dissertação (Mestrado em Ciências e Tecnologia de Alimentos), Universidade de São Paulo, Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz”, Piracicaba, 2014.
CAVALCANTE, K. S. B.; PENHA, M. N. C.; MENDONÇA, K. K. M.; LOUZEIRO, H. C.; VASCONCELOS, A. C. S.; MACIEL, A. P. Optimization of transesterification of castor oil with ethanol using a central composite rotatable design (CCRD). Fuel 2010, v. 89, p. 1172–1176.
DA SILVA, N. L.; BATISTELLA, C. D.; MACIEL FILHO, R.; MACIEL, M. R. W. Biodiesel production from castor oil: optimization of alkaline ethanolysis. Energy Fuels. V. 23, p. 5636–5442.
DIAS F. R. F.; FERREIRA V. F.; CUNHA, A. C.; Uma visão geral dos diferentes tipos de catálise em síntese orgânica. Rev. Virtual Quim., v. 4, n° 6, p. 840-871, 2012.
GALGANO P. D. Líquido iônico tensoativo: correlação entre estrutura molecular e propriedades micelares de cloretos de 1,3-dialquilimidazólio. 2012. Tese. (Doutorado em Química), Instituto de Química da Universidade de São Paulo, São Paulo, 2012.
LIRA T. A. M.; Opacidade da Fumaça do Trator Agrícola funcionando com Biodiesel Etílico Destilado de Babaçu e Diesel B S10 em Períodos do Dia. 2010. Dissertação. (Mestrado em Agronomia), UNESP, Jaboticabal, 2010.
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