ÁREA: Química Tecnológica
TÍTULO: Estudo comparativo de diferentes óleos vegetais na preparação de biodiesel catalisada por Nb2O5.nH2O pré-tratado
AUTORES: Arpini, B.H. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO) ; Araújo dos Santos, D. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO) ; Lacerda Júnior, V. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO) ; José Greco, S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO) ; Bezerra dos Santos, R. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO) ; Cunha Neto, (UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO)
RESUMO: O trabalho visa o uso de condições específicas de calcinação do
Nb2O5.nH2O em reações de transesterificação de
diferentes óleos vegetais com metanol, para a produção de biodiesel, de modo a
contribuir para o desenvolvimento da química do nióbio e novas formas de
preparação de biodiesel.
PALAVRAS CHAVES: Ácido nióbico; Transesterificação; Biodiesel
INTRODUÇÃO: O diesel combustível pode ser complementado por óleos vegetais modificados sem
alteração dos motores. Para converter óleos vegetais em biodiesel o processo
predominante é a transesterificação em meio alcalino, onde se faz reagir os
triglicerídeos com um álcool, etanol ou metanol, produzindo glicerina e ésteres
dos ácidos graxos, componentes do óleo vegetal.
O uso do biodiesel reduz as emissões associadas ao diesel de base fóssil. Trata-
se de um produto não tóxico e biodegradável. (Caderno NAE et al., 2004)
A catálise heterogênea tem atraído muito interesse de cientistas e da indústria
durante as últimas décadas. Os catalisadores heterogêneos oferecem vantagens bem
conhecidas como a facilidade no manuseio, na recuperação e no reuso do
catalisador, e a possibilidade de obtenção de produtos altamente puros. Além
disso, os catalisadores heterogêneos não são corrosivos como os homogêneos e
reduzem a necessidade de etapas de lavagem na purificação dos produtos, que
levam a geração de uma menor quantidade de efluentes no processo. (SOLDI et al.,
2009)
O uso da catálise heterogênea deve possibilitar o desenvolvimento de um processo
contínuo eficiente, diminuindo os custos da produção de biodiesel, além de
problemas associados à homogênea. (MO et al., 2008)
O óxido de nióbio (V) é um sólido branco estável na presença de ar e insolúvel
em água. Sua estrutura é extremamente complicada e exibe um extenso
polimorfismo. (NOWAK et al., 1999)
Atualmente os compostos de nióbio são de grande interesse em catálise
heterogênea, na qual eles são usados como catalisador ou são adicionados em
pequenas quantidades a outros catalisadores. (GUO et al., 1993)
O tratamento e uso do óxido de nióbio (V) já vêm sendo estudados em trabalhos
anteriores do nosso grupo de pesquisa. (LACERDA et al., 2011)
MATERIAL E MÉTODOS: Em um cadinho de porcelana o Nb2O5.nH2O foi
calcinado a temperaturas de 115 ºC e 300 ºC por 3 horas. Em um balão de fundo
redondo de 125 mL foram adicionados: 0,1 g de óleo de soja; 0,1 g de óleo de
girassol; 0,1 g de óleo de milho; 1,0 g de metanol; 2,5 mL de DMSO
(dimetilsulfóxido) e Nb2O5.nH2O (0,1 g ou 0,5
g) calcinado. O balão foi então colocado sob aquecimento de 170 ºC em um banho
de óleo, sob agitação magnética e também um condensador acoplado ao balão, por
48 horas. Após 48 horas a mistura reacional foi retirada do balão para um funil
de separação de 250 mL e então foi feita uma extração múltipla com hexano. Ao
término da extração, o solvente (hexano) foi evaporado em um rotaevaporador, e
então foi feito um teste qualitativo por cromatografia de camada delgada para
avaliar se houve conversão.
Os produtos obtidos foram analisados por espectroscopia de RMN de 1H
(ressonância magnética nuclear), podendo então por meio do espectro obtido,
quantificar a conversão dos reagentes em produtos. O procedimento foi repetido
para cada proporção e temperatura de calcinação do catalisador, mantendo todas
as outras massas dos reagentes constantes.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Após a extração dos produtos foi feito um estudo qualitativo por meio da
cromatografia de camada delgada e foi obtido um resultado positivo para a
conversão do material de partida em produto para todos os óleos.
A partir da espectroscopia de RMN de 1H os produtos obtidos foram
analisados e então, a partir dos espectros foi realizada a quantificação por
meio da seguinte expressão: %Conversão = [(3Ab)÷(3Ab+2Ao)]×100%
Tal expressão relaciona a área de integração do sinal referente aos hidrogênios
da metoxila do éster (3Ab) e a soma das áreas do sinal da metoxila e de um dos
duplos dubletos atribuídos aos hidrogênios metilênicos da parte glicerídica do
triglicerídeo (3Ab + 2Ao). A partir do número de hidrogênios que geram os
respectivos sinais no espectro, foram multiplicadas as respectivas áreas de
integração.
Após a análise e cálculo de todos os espectros, comparamos os resultados com a
ajuda de uma tabela. Notamos pela tabela que a maior taxa de conversão do óleo
em éster metílico (biodiesel) ocorre em todos os casos quando o
Nb2O5.nH2O é calcinado a 300 ºC, notando que
ele tratado a essa temperatura se torna um catalisador mais ativo. Além da
temperatura, as proporções em massa do catalisador e do óleo também interferem
na conversão, fato esperado, pois a superfície de contato do catalisador aumenta
com a sua disponibilidade.
Olhando para o catalisador calcinado a 300 ºC e em com a mesma massa do óleo,
notamos que a maior taxa de conversão (51,2%) foi observada na reação com o
óleo de soja, enquanto que para o de Girassol e Milho foi observada uma
conversão menor, 47,8% e 24,0%, respectivamente.
Espectro RMN
Espectro obtido por RMN do produto da reação com
óleo de soja e 0,5 g de catalisador calcinado a 300
°C
Tabela
Tabela contendo as taxas de conversão dos diferentes
óleos com o uso do catalisador em diferentes
proporções e tratamentos térmicos.
CONCLUSÕES: O óxido de nióbio (V) hidratado apresenta uma propriedade catalítica mais
acentuada na produção de biodiesel a partir da transesterificação de óleos
vegetais quando calcinado a 300 ºC e também quando sua proporção para com o óleo é
de 1 para 1 em massa.
Ao fazermos o estudo comparativo da conversão dos óleos vegetais em biodiesel com
o catalisador, notamos que o óleo de soja obteve as melhores taxas de conversão.
AGRADECIMENTOS: LabPetro-DQUI/UFES, PRPPG-UFES, CNPq, FAPES, FACITEC e CBMM.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: (Caderno NAE/ Núcleo de Assuntos Estratégicos da Presidência da República, n. 2, 2004)
(SOLDI, R. A., OLIVEIRA, A. R. S., RAMOS, L. P., CÉSAR-OLIVEIRA, M. A. F., Soybean Oil and Beef Tallow Alcoholysis by Acid Heterogeneous Catalysis, Applied Catalysis A: General, 2009, n. 361, p. 42–48)
(MO, X., LOTERO, E., LU, C., LIU, Y., GOODWIN, J. G., A Novel Sulfonated Carbon Composite Solid Acid Catalyst for Biodiesel Synthesis, Catalysis Letters, 2008, n. 123, p. 1-6)
(NOWAK, I., ZIOLEK, M., Niobium Compounds: Preparation, Characterization, and Application in Heterogeneous Catalysis, Chemical Reviews, 1999, vol. 99, n. 12, p. 3603-3624)
(GUO, C., QIAN, Z., Acidic and Catalytic Properties of Niobic Acid Crystallized at Low Temperature, Catalysis Today, 1993, n. 16, p. 379-385)
(LACERDA Jr., V.; DOS SANTOS, D. A.; DOS SANTOS, R. B.; GRECO, S. J.; DE CASTRO, E. V. R.; 34ª RASBQ, Resumos, TEC 015, 2011)
