Avaliação da aplicação do processo de hidroesterificação auxiliada por fotocatálise com titanato de sódio na produção de biodiesel a partir de óleos residuais de baixa qualidade.
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Data
2022-06-03
Autores
Souza, Pedro Rafael Fraga de Toledo e
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Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Resumo
O biodiesel é definido como uma mistura de ésteres alquílicos de ácidos graxos e é apontado como uma fonte de energia alternativa aos combustíveis fósseis, por ser menos poluente e muitas vezes derivado de matérias-primas renováveis. O processo de produção de biodiesel mais utilizado, a transesterificação alcalina, possui limitações quanto ao uso de matérias-primas graxas de baixo custo por sua alta acidez e umidade, o que resulta em um biocombustível de alto custo, portanto menos atrativo perante outros combustíveis como o diesel. Para lidar com essa questão surgiu a técnica de hidroesterificação, processo de duas etapas reacionais consecutivas que permite o uso de matérias-primas graxas de baixo custo sem necessidade de tratamentos prévios. Primeiramente é realizada uma hidrólise térmica resultando em ácidos graxos livres e glicerol, e em seguida uma esterificação dos ácidos graxos, produzindo ésteres alquílicos e água. Ambas as etapas deste processo podem ser catalisadas de diversas formas. Desta forma, o processo contribui para conter as alterações climáticas não só reduzindo as emissões de gases estufa como dando utilidade para resíduos danosos ao meio-ambiente e indesejados pela sociedade, podendo vir a ter grandes impactos positivos sobre a matriz energética brasileira e do mundo. Considerando essas questões, o propósito desse trabalho foi de testar a possibilidade de utilizar titanato de sódio na hidroesterificação como catalisador heterogêneo na hidrólise e fotocatalisador na esterificação utilizando óleos e gorduras residuais (OGRs) como matéria prima. Testar diferentes condições para a hidrólise desses OGRs empregando planejamento fatorial composto central 22, testando as variáveis reacionais temperatura e tempo de reação, com e sem a presença do titanato de sódio, e por fim avaliar as condições de proporção álcool:óleo, temperatura, e iluminação da esterificação fotocatalisada, utilizando metanol, por meio de planejamento Box-Behnken 2³. As condições ótimas obtidas na reação de hidrólise foram: temperatura de 270 °C e tempo de reação de 104 min, chegando a uma conversão de 90,72 % em ácidos graxos livres (AGLs). A conversão dos AGLs em ésteres por esterificação fotocatalisada não ocorreu como esperado, por falhas na fotoativação do material, com isso a esterificação ocorreu com catalise heterogênea pelo titanato de sódio, obtendo resultados modestos com a melhor conversão tendo o teor de éster (m/m) 39,25% nos níveis superiores das condições testadas de temperatura, e proporção álcool:óleo (metanol:óleo), 70 °C e 9:1(mol/mol).
Biodiesel can be defined as a mixture of alkyl esters derived from fatty acids and it is considered an alternative energy source to fossil fuels, for being less pollutant and being mostly made from renewable feedstock. The most utilized production process for obtaining biodiesel, alkaline transesterification, has limitations concerning the utilization of cheap greasy feedstocks because of its high acidity and humidity, which results in an expensive biofuel, therefore less attractive in comparison to fuels like diesel. To deal with this issue it was developed the technique of hydroesterification, a two-step process that allows the usage of low cost feedstock without a previous pretreatment. First it is realized a thermic hydrolysis, resulting in free fatty acids and glycerol, and in sequence a esterification of the free fatty acids, resulting in alkyl esters and water. Both steps of this process can be catalyzed by many ways. The process of hydroesterification is an viable and sustainable alternative for the production of biodiesel, because it favors the usage of cheap feedstocks and the reuse of residual oils and fats. This way the process aids in containing the climate changes by not only reducing greenhouse gases emissions, but also giving new utility to residues that are undesired by society and harmful to the environment, which may one day bring positive impacts on the Brazilian energetic matrix and for the whole world. Considering this questions, the purpose of this work is to test the possibility of utilizing sodium titanite in hydroesterification as a heterogeneous catalyst for the hydrolysis step and as a photocatalyst in the esterification utilizing residual oils and fats as feedstock, and at the same time testing varied reaction variables employing central composite factorial design 2², testing the variables temperature and reaction time, with and without sodium titanite, and finally to assess the conditions temperature, proportion oil:alcohol, and illumination, of the photocatalysed esterification utilizing Box-Benkhen planning 2³. The optimal condition found for the hydrolysis was: 270 ºC and reaction time of 120 minutes, reaching a conversion of 90,72 % into free fatty acids. The conversion of free fatty acids into esters by photocatalyzed esterification did not occur as expected, because of failures in photoactivating the material, thus the esterification happened with heterogeneous catalysis by the sodium titanite, obtaining modest results with the best conversion having 39,25 % in the upper levels of the tested conditions, that is temperature of 70 °C, and proportion 1:9 (mol:mol).
Biodiesel can be defined as a mixture of alkyl esters derived from fatty acids and it is considered an alternative energy source to fossil fuels, for being less pollutant and being mostly made from renewable feedstock. The most utilized production process for obtaining biodiesel, alkaline transesterification, has limitations concerning the utilization of cheap greasy feedstocks because of its high acidity and humidity, which results in an expensive biofuel, therefore less attractive in comparison to fuels like diesel. To deal with this issue it was developed the technique of hydroesterification, a two-step process that allows the usage of low cost feedstock without a previous pretreatment. First it is realized a thermic hydrolysis, resulting in free fatty acids and glycerol, and in sequence a esterification of the free fatty acids, resulting in alkyl esters and water. Both steps of this process can be catalyzed by many ways. The process of hydroesterification is an viable and sustainable alternative for the production of biodiesel, because it favors the usage of cheap feedstocks and the reuse of residual oils and fats. This way the process aids in containing the climate changes by not only reducing greenhouse gases emissions, but also giving new utility to residues that are undesired by society and harmful to the environment, which may one day bring positive impacts on the Brazilian energetic matrix and for the whole world. Considering this questions, the purpose of this work is to test the possibility of utilizing sodium titanite in hydroesterification as a heterogeneous catalyst for the hydrolysis step and as a photocatalyst in the esterification utilizing residual oils and fats as feedstock, and at the same time testing varied reaction variables employing central composite factorial design 2², testing the variables temperature and reaction time, with and without sodium titanite, and finally to assess the conditions temperature, proportion oil:alcohol, and illumination, of the photocatalysed esterification utilizing Box-Benkhen planning 2³. The optimal condition found for the hydrolysis was: 270 ºC and reaction time of 120 minutes, reaching a conversion of 90,72 % into free fatty acids. The conversion of free fatty acids into esters by photocatalyzed esterification did not occur as expected, because of failures in photoactivating the material, thus the esterification happened with heterogeneous catalysis by the sodium titanite, obtaining modest results with the best conversion having 39,25 % in the upper levels of the tested conditions, that is temperature of 70 °C, and proportion 1:9 (mol:mol).
Descrição
Palavras-chave
Biocombustíveis, Dióxido de Titânio, Triglicerídeos, Esteres, Hidrólise