Avaliação do tratamento térmico no compósito de ferritas Co-Ba e seu desempenho como catalisador magnético na produção de ésteres metílicos por esterificação

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

Materiais

Autores

Pontes, J.R.M.P. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE) ; Leal, E. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE) ; Dantas, J. (UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA) ; Marçal, V.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE) ; Costa, A.C.F.M. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE)

Resumo

Neste estudo, foi feita a avaliação do compósito magnético de ferritas cerâmicas Co-Ba sintetizado por reação de combustão e tratado termicamente a 900°C/1h, para ser utilizado na catálise heterogênea para produção de biodiesel a partir do óleo residual de fritura, via esterificação. Os catalisadores foram caracterizados por DRX, e o biodiesel por cromatografia gasosa. O difratograma do catalisador sem tratamento térmico exibiu a magnetita (Fe3O4) como fase majoritária, além de outras fases remanescentes. O compósito magnético com tratamento térmico exibiu as fases ferrita de bário (BaFe2O4) como fase majoritária, além de outras fases remanescentes. O compósito magnético sem tratamento térmico mostrou-se um promissor catalisador heterogêneo com conversão de 75%.

Palavras chaves

Compósito magnético; reação de combustão; biodiesel

Introdução

Os combustíveis fósseis estão diretamente relacionados com a economia mundial pois são recursos naturais utilizados como fonte de energia através de sua queima ou de sua decomposição durante bilhões de anos. Entretanto o uso desses combustíveis causa consequências ambientais, onde sua queima é uma das principais fontes de emissão de gases poluentes como monóxido e dióxido de carbono (CO e CO2). Diante disso inúmeras pesquisas têm buscado alternativas de fontes de energia mais limpas e renováveis. Dentre as alternativas tem-se o biodiesel que é um substituto promissor para o diesel por ser produzido a partir de fontes naturais e renováveis, como óleos vegetais e gorduras animais (Dantas et al., 2019). Nos últimos anos a catálise heterogênea, para produção do biodiesel, tem-se mostrado tão eficiente quanto a homogênea, no entanto ainda mais vantajosa devido ao seu baixo custo e menor produção de efluentes poluentes. Inúmeros são os sólidos utilizados como catalisadores heterogêneos, dentre eles os sólidos magnéticos têm se destacado na área da catálise por facilitar as etapas de separação dos reagentes e catalisador com um simples campo externo magnético e ser reutilizável (Dantas et al., 2018). A reação de combustão apresenta-se como uma técnica simples e de baixo custo que consiste na combinação de nitratos metálicos com um combustível para provocar uma reação exotérmica e assim produzir o material cerâmico com alta pureza e cristalinidade (Leal et al., 2018). Desta maneira o objetivo desse trabalho foi sintetizar o compósito magnético Co-Ba por reação de combustão, calciná-lo a 900°C/1h e fazer a comparação dos dois pós obtidos como nanocatalisador heterogêneo na produção de biodiesel por esterificação em rota metílica usando o óleo residual de fritura.

Material e métodos

A síntese do compósito de ferritas magnéticas Co-Ba foi feita pela reação de combustão utilizando a mistura dos nitratos hidratados de ferro (969,6g/mol), bário (78,40 g/mol) e cobalto (58,20 g/mol), como reagentes oxidantes, e a ureia (410,40 g/mol) como agente redutor. A amostra foi caracterizada por difração de raios X (DRX), num difratômetro de raios X, da marca Bruker e modelo D2 Phaser, com fonte de radiação CuKα, λ = 1,542 Å. Os testes catalíticos foram conduzidos em reator de aço inox pressurizado e com agitação magnética, a uma temperatura de 180ºC, razão molar óleo:álcool de 1:15, com 3% de catalisador por 1 hora. O produto foi analisado por cromatografia a gás usando cromatográfico VARIAN 450c com detector de ionização de chama em uma coluna capilar curta DB1 da J&W Scientific.

Resultado e discussão

O compósito magnético não calcinado Figura 1(a) apresenta a fase magnetita de estrutura espinélio (Fe3O4 -Ficha PDF 01-075-9673), caracterizando a fase majoritária. Em sequência, observa-se a presença das fases secundárias da hexaferrita Co-Ba do tipo Y (Ba2CoFe12O22-Ficha PDF 00-044-0206) e da ferrita espinélio de bário (BaFe2O4-Ficha 00-046-0113), caracterizando a formação do compósito magnético Co-Ba com cristalinidade de 46,6% e tamanho de cristalito 29,70nm. O difratograma do compósito magnético calcinado a 900°C (Figura 1b), o qual apresentou as fases ferrita de bário (BaFe2O4) com estrutura cristalina espinélio invertido (Ficha COD 5910063) como fase majoritária e fase secundária da hexaferrita de bário (BaFe12O19-Ficha COD 1008328). Houve também a formação das fases remanescentes, hematita (Fe2O3- Ficha COD 9011503 e COD 1520612) e ferrita de cobalto (CoFe2O3-Ficha COD 5910063). A amostra calcinada apresentou tamanho de cristalito 27,47 nm e cristalinidade de 72,1%. Na Figura 2 tem-se a conversão de éster metílico utilizando os dois catalisadores. É possível observar que o compósito magnético não tratado termicamente apresentou maior conversão. Segundo Dantas et al. (2018) a atividade catalítica de um catalisador heterogêneo recebe influência de sua área superficial e tamanho de partícula, onde o aumento na relação área/volume da superfície, induz a melhores atividades catalíticas quando comparados aos catalisadores com baixas áreas de superfície. Uma vez que o compósito magnético foi calcinado, possivelmente ocorreu o crescimento do tamanho de partícula, reduzido sua área superficial útil, o que não é interessante na na catálise

Figura 1- Difração de raios X do (a) Compósito sem tratamento térmico; (b) Compósito com tratamento térmico.

Conclusões

O compósito de ferritas magnéticas Co-Ba foi sintetizado com sucesso por reação de combustão, obtendo um material nanométrico. O tratamento térmico a 900°C/1h deste compósito levou a um aumento na cristalinidade do material, e possivelmente uma redução no volume de poros e em sua área de superfície. Evidenciando um melhor desempenho catalítico para o compósito Co-Ba sem tratamento térmico, com conversão de 75%, uma vez o processo de calcinação favorece à diminuição do volume de poros e da área superficial do compósito, características essenciais em catalisadores.

Agradecimentos

Referências

DANTAS, J.; LEAL, E.; ARAÚJO, N. O.; PEREIRA, K. R. O.; FERNANDES, P. C. R.; COSTA, A. C. F. M. Síntese de ferrita do tipo Ni0,5Zn0,5Fe2O4 e utilização como catalisador em reação de esterificação do óleo de soja para obtenção de biodiesel. In: ANDRADE, D. E. (Ed.). Petróleo e Outros Combustíveis. 1ª edição. Belo Horizonte-MG: Poisson, 2019. cap. 25,p. 202-218.

DANTAS, J.; LEAL, E.; CORNEJO, D.; KIMINAMI, R.; COSTA, A. Biodiesel production evaluating the use and reuse of magnetic nanocatalysts Ni0. 5Zn0. 5Fe2O4 synthesized in pilot-scale. Arabian Journal of Chemistry, 2018.

LEAL, E.; DANTAS, J.; DOS SANTOS, P. T. A.; BICALHO, S. M. D. C. M.; KIMINAMI, R. H. G. A.; DA SILVA, M. R.; DE MELO COSTA, A. C. F. Effect of the surface treatment on the structural, morphological, magnetic and biological properties of MFe2O4 iron spinels (M= Cu, Ni, Co, Mn and Fe). Applied Surface Science, v. 455, p. 635-645, 2018.