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III Congresso de Ciência e Tecnologia da UTFPR-DV
3ª Semana Acadêmica de Ciências Biológicas
HUB 2015
21 e 22 de outubro de 2015, Dois Vizinhos-PR
ESTERIFICAÇÃO METÍLICA DOS ÁCIDOS GRAXOS OLEICO E
ESTEÁRICO EMPREGANDO CATALISADOR BASEADO NO
ARGILOMINERAL MONTMORILONITA
Crislaine Fabiana Bertoldi1*, Renato Vedana de Moura2 e Leandro Zatta1
1,2
Universidade Tecnológica Federal do Paraná, campus Pato Branco – Departamento de Química
Caixa Postal 571 – CEP 85503-390 Pato Branco – Paraná - E-mail:[email protected]
RESUMO
Este trabalho tem como objetivo a obtenção de monoésteres alquílicos a partir do processo
de esterificação metílica dos ácidos oleico e esteárico, baseado na catálise em meio
heterogêneo, empregando argilominerais ativados com ácido. Foi analisado ainda a influência
da insaturação no precursor graxo. Na determinação do índice de acidez para ambos os ácidos
graxos foram encontrados valores que diferem aos encontrados na literatura, está resultado
possivelmente se deve ao fato de que os reagentes comerciais são apresentam um teor
significativo de diferentes ácidos graxos de cadeias carbônicas semelhantes, influenciando
diretamente no valor no índice de acidez descrito. Foi observado um decréscimo na conversão
quando comparadas as reações de esterificação do ácido oleico e esteárico, sugerindo a ação
do impedimento estérico quando da interação da molécula do ácido oleico com a superfície do
catalisador. A partir dos dados obtidos, vale destacar que os catalisadores baseados em
argilominerais modificados têm grande potencial para serem utilizados em reações de
esterificação na produção de ésteres metílicos sob condições reacionais brandas.
Palavras-chave: impedimento estérico, argilominerais, conversão, índice de acidez.
INTRODUÇÃO
Além de ser considerado uma fonte alternativa de produção de energia, o biodiesel pode ser
produzido a partir de materiais graxos como óleos vegetais e gorduras de origem animal. As
principais vantagens do combustível é sua biodegradabilidade, não toxicidade e baixa emissão
de gases prejudiciais ao meio ambiente, ou seja, é ambientalmente correto, atuando como
substituto direto ao diesel derivado do petróleo (MAA e HANNAB, 1999).
Este trabalho tem como objetivo a produção de monoésteres alquílicos a partir da reação de
esterificação metílica do ácido oleico e esteárico catalisada em meio heterogêneo, levantando
dentro das condições utilizadas a influência da insaturação presente na matriz graxa, a diferença
do índice de acidez dos ácidos graxos antes e após processo de esterificação, determinando as
conversões. Os ácidos oleico e esteárico foram escolhidos, uma vez que a partir de suas reações
com o metanol é possível obter oleato e estearato de metila, respectivamente, ambos
comumente empregados como biodiesel.
MATERIAL E MÉTODOS
Para as reações foram utilizados ácidos graxos oleico e esteárico, metanol e como catalisador
heterogêneo utilizou-se argilomineral modificado e caracterizados em trabalhos prévios,
(montmorilonita-SWY) fornecidos pela American Clay Society (ZATTA et al., 2012). A
esterificação foi direcionada na razão molar 1:12 (ácido graxo:álcool), empregando 10% do
catalisador heterogêneo referente a massa do óleo.
Universidade Tecnológica Federal do Paraná – Câmpus de Dois Vizinhos – Estrada para Boa Esperança –
Km 04 – Comunidade São Cristóvão – CEP 85660-000 – Fone +55 (46) 3536-8900
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As reações de esterificações foram conduzidas em sistema de refluxo com agitação
magnética, durante 2h e sob temperatura de ebulição do metanol. Após a reação, removeu-se o
catalisador heterogêneo do meio por centrifugação e em seguida utilizou-se rotaevaporação
com o objetivo de eliminar o metanol e a água remanescentes dos processos envolvidos. O
catalisador heterogêneo foi lavado com éter etílico e hexano, seguido de secagem em estufa sob
temperatura de 150°C por 24h.
Determinação da acidez após reações de esterificação
A determinação da acidez após as reações de esterificação dos ácidos graxos baseado na
titulação ácido-base, de acordo com equação 1.
Valor da acidez = MxAxFxC
S
(1)
Onde M indica a massa molar do KOH (g mol-1), A o volume utilizado de solução
padronizada na titulação, F o fator de correção KOH, C a concentração molar da solução padrão
e S a massa da amostra (ZATTA, 2013).
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os índices de acidez dos ácidos antes das reações de esterificação foram determinados por
titulação e são mostrados na tabela 1.
Tabela 1 – Índice de acidez dos ácidos graxos oleico e esteárico
Ácido Graxo
Oleico
Esteárico
Índice de acidez (mg KOH g-1)
219,25
238,29
Os valores para os índices de acidez dos ácidos estabelecidos na literatura são 196,92 e 195
mg KOH g-1, para o ácido oleico e esteárico, respectivamente. É reportado ainda que os
reagentes analíticos comercializados não apresentam pureza descrita no rótulo em relação ao
ácido graxo citado, acredita-se que estes precursores contêm uma mistura de ácidos graxos com
cadeia carbônica de tamanhos aproximados (CORDEIRO, 2008), justificando os valores dos
índices de acidez nos precursores utilizados.
Esterificação em meio heterogêneo utilizando catalisador da classe SWY para o ácido
oleico e esteárico
Foram realizados experimentos utilizando catalisadores baseados em modificações químicas
como a ativação ácida no argilomineral montmorilonita (SWY). Os materiais estudados
previamente, foram ativados com ácido fosfórico em concentrações que variaram de 0,5; 1,0; e
2 mol.L-1 durante tempos de 1 e 2h. Os resultados das esterificações encontram-se na tabela 2.
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Tabela 2. Resultados obtidos da esterificação dos ácidos graxos oleico e esteárico, utilizando catalisadores
baseados no argilomineral SWY.
Experimentos
Tratamento do
Catalisador
0,5 mol L-1/1h
0,5 mol L-1/2h
1,0 mol L-1/1h
1,0 mol L-1/2h
2,0 mol L-1/1h
2,0 mol L-1/2h
Ácido Oleico
Conversão Ganho de
(%)
conversão
6,63
-7,25
17,36
3,48
18,93
5,05
4,26
-9,92
8,89
-4,99
4,00
-9,88
Ácido Esteárico
Conversão (%)
Ganho de
conversão
12,95
1,13
15,81
3,99
12,60
0,72
19,01
7,19
15,08
3,26
11,03
-0,79
De forma geral, as conversões obtidas nas reações de esterificação metílica do ácido
esteárico foram maiores àquelas obtidas na esterificação do ácido oleico (tabela 2), contrariando
o comportamento reportado na literatura em que as conversões do ácido oleico são maiores
devido a maior reatividade relacionada à presença de uma dupla ligação (JOELIANINGSIHA,
TAMBUNANB E NABETANIC, 2014).
É possível observar um decréscimo na conversão quando comparadas às reações do ácido
oleico e esteárico, sugerindo que tal comportamento seja explicado pela influência do
impedimento estérico quando da interação da molécula com a superfície do catalisador. Dado
que a estrutura do ácido oleico possui um ângulo de torção ocasionado pela presença da
insaturação, a qual possivelmente impede a total participação do catalisador heterogêneo na
reação, enquanto a molécula do ácido esteárico possui cadeia linear, facilitando ao evento de
sorção do substrato nos sítios ativos do argilomineral, nas condições estudadas.
CONCLUSÕES
No presente trabalho foi possível verificar a influência da catálise heterogênea frente a ácidos
graxos insaturados. Quando da presença de catalisador os resultados demonstraram que
argilominerais utilizados possuem grande potencial para serem utilizados em reações de
esterificação na produção de ésteres metílicos sob condições reacionais brandas. O presente
estudo demonstrou ainda, que o aumento do grau de insaturação dos ácidos graxos diminuiu a
conversão a ésteres metílicos. Vale ressaltar que estudos nesta área são de grande valia, pois o
Brasil possui grande diversidade destes materiais, considerados ambientalmente amigáveis e
que possuem valor agregado inferior quando comparados a outros catalisadores comerciais.
Agradecimentos: Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Departamento de química
da UTFPR campus Pato Branco.
REFERÊNCIAS
JOELIANINGSIHA; TAMBUNANB, A. H.; NABETANIC, H. Reactivity of Palm Fatty Acids for the Noncatalytic Esterification in a Bubble Column Reactor at Atmospheric Pressure. Procedia Chemistry, p. 182193, 2014.
MAA F.; HANNAB M. A. Biodiesel production: a review. Bioresource Technology No. 70, p. 1-15, 1999.
ZATTA, L. Argilominerais modificados como catalisadores para reações de esterificação de ácidos graxos.
2013. 175 f. Tese (Doutorado) – Universidade Federal do Paraná-UFPR, Tese de Doutorado, 2013.
ZATTA, L; NEPEL, A.; BARISON, A.; WYPYCH, F. Montmorilonita modificada como catalisador
heterogêneo em reações de esterificação (m)etílica de ácido láurico. Quimica Nova., Vol. 35, No. 9, p.17111718, 2012.
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