Estudo de catalisadores para obtenção de biodiesel por transesterificação e determinação do rendimento por espectroscopia raman

Abstract

Biodiesel foi definido como ésteres de cadeias longas derivados de ácidos graxos oriundos de lipídios renováveis como óleo vegetal (soja, canola, girassol, mamona, etc) ou gordura animal. Como fonte alternativa de combustível tem se tornado bastante atrativo em relação ao diesel em decorrência dos seus benefícios ambientais. Atualmente, pode ser usado na sua forma pura ou misturado ao diesel derivado do petróleo. A reação de transesterificação tem sido o método mais utilizado e importante para se produzir biodiesel. Neste trabalho, a reação de óleo de soja com etanol foi utilizada obtendo-se ésteres e glicerol. Com a finalidade de aumentar o rendimento da reação, foram aplicados catalisadores de diversos tipos, dentre eles básicos ou ácidos. Como a reação catalisada por base exige muitos cuidados, a catalisada por ácido tem sido uma alternativa bastante promissora. Devido à corrosividade dos ácidos homogêneos comuns, teve-se como um dos objetivos desse trabalho, estudar catalisadores ácidos ambientalmente corretos que pudessem ser separados dos reagentes sem que fosse necessária uma etapa de neutralização. Para isso, duas zeólitas foram preparadas, caracterizadas e testadas na reação: HUSY e Ce/HUSY. O rendimento da reação para as respectivas zeólitas foi de 59,5 % e 59,8%. Além disso, sintetizou-se um novo catalisador que em condições brandas apresentou rendimento de 100%. No entanto, um dos principais problemas encontrados no estudo ou aplicações industriais do processo de transesterificação de óleos vegetais é como medir o rendimento de ésteres após ou durante a reação. Neste trabalho investigou-se também o potencial da espectroscopia Raman na quantificação e monitoramento da reação. Embora os métodos espectroscópicos apresentem menor sensibilidade que os métodos cromatográficos, os dados obtidos por espectroscopia podem ser correlacionados com outras técnicas permitindo quantificar o biodiesel produzido rapidamente. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT

Biodiesel has been defined as esters of long chain fatty acids from renewable resources such as vegetable oils (soybean, rapeseed, sunflower, castor bean, etc) or animal fat. As an alternative fuel, it has been very attractive when compare to diesel due to its environmental benefits. Nowadays, it can be used pure or blended to fossil diesel. The transesterification reaction has been the most used and important method to produce biodiesel. In this work, the reaction of soybean oil with ethanol was used to obtain esters and glycerol. With the purpose to increase the reaction yield, several types of catalysts (acidic, basic or enzymatic) have been applied. Since the basic catalyzed reaction requires much cares, the acidic catalyzed reaction has been a very promising alternative. Due to the corrosive properties of common homogeneous acids, one of the goals of this research was to study green acid catalysts that could be separate from the reactants without the requirement of neutralization steps. For this, two zeolites, HUSY and Ce/HUSY, were prepared, characterized and tested in the reaction. The reactions using the zeolites yielded 59.5 and 59.8%, respectively. Besides, a new catalyst was synthesized, and at mild conditions showed 100% of yield. On other hand, one of the main problems encountered in studies or industrial applications of transesterification process for vegetable oils is to quantify the ester content during or after reaction. This work also explored the potentiality of Raman spectroscopy to quantify and monitor the reaction. Although spectroscopic methods are less sensitive than chromatographic ones, the data obtained by Raman can be correlated with other techniques, allowing biodiesel yield and quality to be quickly assessed.