Síntese e caracterização de catalisadores à base de CaO dopados com diferentes metais para a produção de biodiesel etílico

Abstract

A síntese de biodiesel (combustível renovável e biodegradável) é realizada por simples reação de transesterificação entre ácidos graxos vegetais ou animais com álcool de cadeia curta. Entretanto, para que este tipo de reação ocorra com bons rendimentos é necessário a utilização de catalisadores. O óxido de cálcio possui resultados promissores, contudo durante a reação de transesterificação a estabilidade do catalisador pode ser afetada já que o CaO tende a sofrer lixiviação diminuindo a atividade catalítica e contaminando os ésteres e o glicerol produzidos. Neste contexto, o presente trabalho envolve a preparação por co-precipitação, de óxido de cálcio modificado com diferentes metais (La3+, Lu3+, Ce3+, Yb3+, Ga3+, Fe3+ , Al3+, Mn2+ e Zn2+) empregados como catalisadores após sua ativação térmica (calcinados a 800 °C), e a avaliação de seus potenciais catalíticos na síntese de biodiesel etílico. Os materiais precursores e os seus respectivos óxidos foram caracterizados por TGA, XRD, FTIR-ATR, BET e Acidez (adsorção de butilamina) e alcalinidade (Indicadores de Hammett). A síntese de biodiesel foi conduzida a 70 oC por 12 h usando 5% (m/m) de catalisador por massa de óleo de soja, e a proporção dos reagentes de 1:20 (mol/mol) de óleo de soja/etanol. Os ésteres alquílicos foram quantificados por GC-FID. A reação de transesterificação catalisada pelo óxido de referência teve rendimento de 80%, enquanto que o óxido dopado com Yb3+ teve o maior rendimento (100% de rendimento), obtido em apenas 2 horas devido ao estudo do efeito dos parâmetros de reação. O uso do CaO modificado com Yb3+ a 1,0% foi possível em 6 ciclos de síntese de biodiesel, sem tratamento do catalisador, com queda no rendimento de apenas 13% no último ciclo catalítico.

The synthesis of biodiesel (renewable and biodegradable fuel) is carried out by a simple transesterification reaction between vegetable or animal fatty acids with short-chain alcohol. However, for this type of reaction to occur with good yields, it is necessary to use catalysts. Calcium oxide has promising results, however, during the transesterification reaction, the stability of the catalyst can be affected since the CaO tend to undergo leaching decreasing the catalytic activity and contaminating the esters and glycerol produced. In this context, the present work involves the preparation by co-precipitation, of calcium oxide modified with different metals (La3+ ,Lu3+, Ce3+, Yb3+, Ga3+, Fe3+, Al3+, Mn2+ and Zn2+) used as catalysts after their thermal activation (calcined at 800 °C), and the evaluation of its catalytic potentials in the synthesis of ethyl biodiesel. The precursor materials and their respective oxides were characterized by TGA, XRD, FTIR-ATR, BET and Acidity (butylamine adsorption) and alkalinity (Hammett Indicators). The biodiesel synthesis was carried out at 70 °C for 12 h using 5% (m/m) of catalyst per mass of soybean oil, and the ratio of reagents to 1:20 (mol/mol) of soybean oil/ethanol. Alkyl esters were quantified by GC-FID. The transesterification reaction catalyzed by the reference oxide had a yield of 80%, while the oxide doped with Yb3+ had the highest yield (100% yield), obtained in just 2 hours due to the study of the effect of the reaction parameters. The use of CaO modified with 1.0% Yb3+ was possible in 6 biodiesel synthesis cycles, without catalyst treatment, with a 13% drop in yield in the last catalytic cycle.