síntese de catalisadores heterogêneos empregados na

SÍNTESE DE CATALISADORES HETEROGÊNEOS EMPREGADOS NA PRODUÇÃO
DE BIODIESEL
Rafael Francisco Kutkoski(ICV-UNICENTRO), Fernando José Rodrigues, Ivair Aparecido
dos Santos, Tania Toyomi Tominaga, Luiz Fernando Cótica (Orientador – Dep. de
Física/UNICENTRO) , e-mail: [email protected].
Palavras-chave: Catalisadores Heterogêneos, Biodiesel, Química Sol-Gel.
Resumo:
O Biodiesel é um combustível obtido de fontes naturais e renováveis que pode ser usado
em motores diesel. Entre os processos utilizados na obtenção do mesmo, a
transesterificação combina melhores taxas de aproveitamento/conversão. Este projeto
tem por objetivo sintetizar catalisadores heterogêneos sólidos suportados por materiais
hidróxidos, obtidos via química sol-gel, que possam ser empregados na transesterificação
de óleos vegetais para a produção de Biodiesel.
Introdução
O Biodiesel é um combustível obtido de fontes naturais e renováveis que pode ser usado
em motores diesel. Este combustível consiste em monoalquil esters produzidos por uma
reação química em óleos vegetais, gorduras animais ou óleos de frituras descartados,
utilizando um álcool, geralmente metanol ou etanol. O Biodiesel tem muitas vantagens
com relação ao diesel convencional: é seguro, renovável, não-tóxico e biodegradável,
contém quantias insignificantes de enxofre e sua maior lubricidade estende a vida de
motores diesel, emite 70% menos hidrocarbonetos, 80% menos gás carbônico e 50%
menos partículas. Entre os processos utilizados na obtenção do mesmo, a
transesterificação combina melhores taxas de aproveitamento/conversão, com menor
impacto ambiental. A transesterificação, por sua vez, é implementada com a utilização de
catalisadores [1]. Com vistas à catálise, esta pode ser dividida entre rotas homogênea e
heterogênea [2]. Contudo, o reuso dos catalisadores, assim como sua separação do meio
catalisado, é mais fácil no processo de catálise heterogênea [2]. Neste contexto, este
projeto tem por objetivo sintetizar catalisadores heterogêneos sólidos suportados por
materiais hidróxidos, obtidos via química sol-gel, que possam ser empregados na
transesterificação de óleos vegetais para a produção de Biodiesel.
Materiais e Métodos
Para a preparação dos catalisadores e para as respectivas reações de transesterificação,
utilizamos como precursores nitrato de alumínio (Al(NO3)3.9H2O), hidróxido de sódio
(NaOH), metanol (CH3OH), água deionizada e óleo de soja refinado. O catalisador
heterogêneo foi obtido a partir do processo sol-gel. Inicialmente, o nitrato de alumínio foi
dissolvido em água deionizada, em seguida foi submetido a aquecimento e agitação.
Finalmente, adicionou-se uma solução de hidróxido de sódio (NaOH - 0,5 mol/L). Depois
de realizado o processo sol-gel, obteve-se hidróxido de alumínio (Al(OH)3). O hidróxido de
alumínio foi dopado com hidróxido de sódio e submetido a tratamento térmico de 500°C
por 6 horas. O produto final desta reação foi utilizado como catalisador na reação de
transesterificação.
Inicialmente, realizamos a reação de transesterificação utilizando um catalisador
homogêneo conhecido (hidróxido de sódio), para ser utilizada como parâmetro de
comparação. Nesta reação, dissolveu-se o hidróxido de sódio em metanol e, em seguida,
adicionou-se esta solução ao óleo sob agitação magnética e aquecimento, deixou-se
reagir por 1 hora até a separação das fases. A mistura (ésteres/glicerina) foi transferida
para um funil de decantação e mantida em repouso por 12 horas.
A reação de transesterificação utilizando catalisador heterogêneo (Al(OH) 3 / NaOH
) seguiu da seguinte forma: adicionou-se metanol ao catalisador sob agitação e em
temperatura ambiente. Em seguida, adicionou-se esta solução ao óleo sob agitação
magnética e aquecimento, deixou-se reagir por 8 horas até a separação das fases. A
mistura (ésteres/glicerina) foi transferida para um funil de decantação e mantida em
repouso por 12 horas.
As misturas e suas fases em separado foram caracterizadas por espectroscopia
vibracional (FT-IR).
Resultados e Discussão
A Figura 1(a) mostra o espectro obtido para o hidróxido de alumínio. A banda presente em
1380 cm-1 indica moléculas de H2O coordenadas ao alumínio em estrutura tetraédrica ou
octaédrica. A região de 1200-800 cm-1 é característica para complexos de Al(III). As
Figuras 1(b) e 1(c) os espectros obtidos para o hidróxido de alumínio dopado com NaOH
e KCl, respectivamente. O espectro (b) apresenta modificações na região entre 1000 e
500 cm-1 comparado com o espectro do hidróxido de alumínio. O espectro (c) na
apresenta modificações consideráveis com relação ao hidróxido de alumínio.
Estes resultados indicam que o NaOH não foi completamente incorporado ao hidróxido de
alumínio, enquanto o KCl foi completamente incorporado.
10
(a)
5
0
-5
2000
10
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
Absorbância
(b)
5
0
-5
2000
10
(c)
5
0
-5
2000
-1
Número de Onda (cm )
Figura 1 – Espectro vibracional (FT-IR) para o (a) hidróxido de alumínio (b) hidróxido de alumínio dopado com
NaOH e (c) hidróxido de alumínio dopado com KCl.
A Figura 2(a) mostra o espectro obtido para o metanol. No espectro obtido para o óleo de
soja (Figura 2(b)) observamos: ao redor de 3000 cm -1 o grupo H-C=, entre 2930 e 2850
cm-1 a vibração do grupo -CH2-, em torno de 1750 cm-1 grupo C=O, ao redor de 1160 cm-1
o grupo C-O-C – grupo funcional dos ésteres – e em torno de 723 cm-1 o grupo funcional
(CH2)n – seqüência de cadeias alifáticas de ácidos graxos. O espectro obtido para o
Biodiesel em rota metílica utilizando catálise homogênea (Figura 2(c)) mostra uma banda
forte em 1745 cm-1 referente à deformação axial C=O do éster e em torno de 1167 cm -1
encontramos o grupo C-O. A Figura 2(d) mostra o espectro obtido para o biodiesel em
rota metílica utilizando catálise heterogênea. As observações são semelhantes às da
reação com catálise homogênea: uma banda forte em 1750 cm -1 referente à deformação
axial C=O do éster e em torno de 1159 cm-1 encontramos o grupo C-O.
Devemos notar que nos espectros (c) e (d) não há nenhum indicativo da presença
de metanol nas amostras.
100
90
80
70
(a)
99
% Transmitance
96
93
(b)
99
96
93
(c)
99
96
93
(d)
4000
3000
2000
1000
-1
Wavenumbers (cm )
Figura 2 – Espectro vibracional (FT-IR) para o (a) metanol e para o (b) óleo de soja utilizados nas reações de
transesterificação. (c) Biodiesel obtido por catálise homogênea. (d) Biodiesel obtido por catálise heterogênea.
Conclusões
Neste trabalho obtivemos catalisadores heterogêneos que, a princípio, mostrou a mesma
eficiência de um catalisador homogêneo. Além disso, após as reações de
transesterificação, conseguiu-se recuperar o catalisador, o qual continuou a apresentar
atividade catalítica, ou seja, pôde ser utilizado novamente.
Referências
1. M. A. Keane J. Mat. Sc. 1996, 38, 4661.
2. J. I. Stenfield, J. S. Francisco, and L. Hase, Chemical Kinetics and Dynamics, Prentice
Hall, Upper Saddle River, 1999.