ÁREA: Química Tecnológica

TÍTULO: PRODUÇÃO DE BIODIESEL A PARTIR DO ÓLEO DE CANOLA REFINADO UTILIZANDO UM CATALISADOR HETEROGÊNEO BÁSICO DE ÓXIDOS MISTOS

AUTORES: Correia, L.M. (DEQ/UFC) ; Campelo, N.S. (DEQ/UFC) ; Vieira, R.S. (DEQ/UFC)

RESUMO: A atividade catalítica da dolomita foi estudada usando-a como catalisador heterogêneo para a produção de biodiesel. Este catalisador tem algumas vantagens, tais como seu baixo custo, estrutura porosa, abundância e não é tóxica. As reações de transesterificações foram realizadas usando diferentes concentrações de catalisador (1, 2 e 3 % massa/massa) em diversas razões molares do óleo de canola refinado e álcool metílico (1:6, 1:9 e 1:12), mantendo-se fixo a temperatura (60 °C), o tempo reacional (4 horas) e a velocidade de agitação (1000 rpm). Os parâmetros foram otimizados com a utilização de um planejamento experimental 32 com ponto central em triplicata. O melhor resultado obtido para conversão dos ésteres metílicos foi de 98,81%, quando se usa as variáveis de XRM (1:6) e XCAT (1%).

PALAVRAS CHAVES: dolomita; catalisador heterogêneo; ésteres metílicos

INTRODUÇÃO: Atualmente nosso planeta está sofrendo diversas mudanças ambientas e assim, o cuidado com o meio ambiente cresce a cada dia. O avanço tecnológico na área de produtos biodegradáveis está surgindo com o intuito de desenvolver práticas para minimizar essas mudanças. Como fonte energética renovável, atualmente, vem sendo estudado, o Biodiesel, que é biodegradável, não tóxico e tem uma reduzida emissão de gases nocivos em relação ao diesel (ALBUQUERQUE et al., 2008) mesmo com rendimento e propriedades similares (XIE et al., 2006). O biodiesel é um combustível composto de ésteres monoalquila de cadeia longa de ácidos graxos derivado de óleos vegetais ou gorduras animais (ALBUQUERQUE et al., 2008). A catálise heterogênea apresenta a vantagem da recuperação do catalisador ser mais simples e da eliminação da formação de sabão. Muitos catalisadores têm mostrado alta eficiência e atividade na reação de transesterificação e esterificação de ácidos graxos, porém sempre sob alta temperatura e pressão, além de tempos reacionais mais longos (DARALOUB et al., 2009). Alguns destes catalisadores, como a argila nanoporosa dolomita CaMg(CO3)2, o óxido de cálcio impregnado no SBA-15 (ALBUQUERQUE et al., 2008) e no Lítio (Li/CaO), óxido de zinco impregnado no KF (XIE et al., 2006), entre outros, vem sendo estudados WEST et al., 2008). A dolomita é um carbonato duplo de cálcio e magnésio, que se decompõe durante o aquecimento, para dar origem aos óxidos de cálcio e magnésio (LLEGAN, 2011). A reação geral de decomposição pode ser escrita: CaMg(CO3)2 ↔ CaO + MgO + 2CO2 A reação de transesterificação com óleo de canola refinado e álcool metílico foi estudada empregando a dolomita modificada termicamente como catalisador heterogêneo para produção dos ésteres metílicos.

MATERIAL E MÉTODOS: Reagentes e Materiais Os reagentes usados foram: álcool metílico com um grau de pureza > 99,8% (VETEC), óleo de canola refinado comercial da marca (LIZA) obtido no mercado local, a dolomita em forma de pó foi obtida de uma empresa local (ITAMIL-LTDA), heptadecanoato de metila com grau de pureza de 99,5 % (FUKA) e os gases He, N2 e Ar de grau analítico fornecidos pela empresa WHITE MARTINS. Ensaio Cinético Os ensaios cinéticos foram realizados para avaliar o tempo de equilíbrio da reação de transesterificação tendo em vista manter o parâmetro de tempo como uma variável fixa. A reação de transesterificação foi realizada em um reator batelada composto de um balão de fundo chato com duas entradas equipado com condensador e agitador magnético . Inicialmente, no balão de reação foram introduzidos 60 mL do óleo de canola refinado e o álcool metílico e, posteriormente, foi adicionado o catalisador dolomita, 3% p/p em relação à massa de óleo pesada. Utilizou-se uma razão molar de 1:6 (óleo: álcool metílico), temperatura de 60 oC e agitação de 1000 rpm. Após o término da reação de 7 horas, o catalisador foi separado por centrifugação a 2250 rpm por 30 minutos e a mistura reacional foi colocada em um funil de decantação durante 24 horas para a separação das fases (ésteres metílicos e glicerina). Em seguida, o álcool metilico em excesso foi removido da fase éster por um equipamento de rotavapor. Planejamento Experimental Os parâmetros das reações do óleo de canola com álcool metílico foram otimizados com a utilização de um planejamento [3*(K-P) and Box-Behnken designs], com duas variáveis codificadas: razão molar (XRM) e concentração de catalisador (XCAT). A resposta escolhida foi à conversão de ácidos graxos do óleo de canola refinado em ésteres metílicos (Y0).

RESULTADOS E DISCUSSÃO: O estudo de cinética foi realizado a fim de prever o tempo de equilíbrio reacional. Observa-se na Figura 1, a conversão em função do tempo reacional, atingiu-se a conversão máxima em 4 h em ésteres metílicos, com transformação dos ácidos graxos presentes no óleo vegetal de canola refinado em ésteres metílicos com 98,81 %. A Figura 2 mostra o gráfico da superfície de resposta para a variável dependente conversão dos ésteres metílicos (Yo) em função das variáveis independentes: a razão molar (XRM) e a concentração de catalisador (XCAT). Através da análise da superfície de resposta, pode-se verificar que a variável XRM exerce efeito negativo na produção dos ésteres metílicos e a variável XCAT tem efeito positivo. Então os resultados indicam que quando se utiliza maior concentração de catalisador entre os reagentes (óleo vegetal de canola refinado e o álcool metílico), maior será a conversão em ésteres metílicos em menor XRM.No entanto, a variável XRM, considerando que a reação de transesterificação é uma reação que desloca o equilíbrio em excesso de álcool metílico, desloca o equilíbrio químico da reação em direção à formação dos ésteres metílicos, aumentando a conversão em ésteres metílicos. Porém, o uso de um alto volume de álcool metílico dificulta o processo de separação por gravitação entre as fases do éster e glicerina formado como coproduto, aumentando assim sua miscibilidade e favorecendo o deslocamento do equilíbrio no sentido inverso, isto é, em direção à formação de mono, di e triglicerídeo, diminuindo a produção dos ésteres metílicos. O melhor resultado encontrado para produção dos ésteres metílicos foi quando se utiliza a XRM (1:6) e XCAT (1%), conforme mostrado na Figura 2.

Figura 1

Curva de cinética obtida na reação de transesterificação com álcool metílico.

Figura 2

Superfície de resposta para o modelo do catalisador dolomita modificada termicamente a 850oC/3h.

CONCLUSÕES: A dolomita modificada termicamente mostrou-se promissora para a produção de biodiesel através da reação de transesterificação com óleo de canola refinado e álcool metílico. Com a utilização de um planejamento experimental 32 foi possível obtero ponto ótimo, ou seja, a melhor condição experimental de produção em ésteres metílicos, a condição ótima encontrada foi quando se usa: XRM (1:6), XCAT (1%), tempo (4 horas), temperatura (60oC) e velocidade de agitação (1000 rpm) obtendo-se 98,11 % em ésteres metílicos.

AGRADECIMENTOS: Os autores agradecem ao CNPq e FUNCAP pelas bolsas concedidas de mestrado e iniciação científica.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: ALBUQUERQUE, M.C.G., URBISTONDO, I.J.; GONZÁLES, J.S.; ROBLES, J.M.M.; TOST, R.M.; Castellón, E.R.; López, A.J.; Azevedo, D.C.S.; Cavalcante Jr., C.L. CaOsupportedonmesoporous sílicas as basiccatalysts for transesterification reactions, AppliedCatalysis A: General 334 (2008) 35-43.

DARDOUB, M.J.; BRONZEL, J.L.; RAMPING, M.A. Biodiesel: Visão crítica do status atual e perpectivas na academia e na indústria. Química Nova, v.32, n.3, p. 776-792, (2009).

EN 14103 Fats and Oil Derivatives- Fatty Acid Methyl Esters (FAME), (2001).
LLEGAN, O. Dolomite as a heterogeneous catalyst for transesterification of canola oil. Fuel Processing Technology 92 (2011) 452-455.


XIE, W.; HUANG, X. Synthesis of biodiesel from soybean oil using heterogeneous KF/ZnO catalyst.Catalysis Letters 107 (2006) 1-2.