Óxidos derivados de hidromagnesitas e hidrotalcitas modificadas como catalisadores heterogêneos na síntese de biodiesel etílico

Abstract

A procura por combustíveis alternativos tem se tornado atrativa para substituição do petrodiesel visando benefícios ambientais e econômicos. Seguindo essa tendência, o biodiesel, um combustível renovável e biodegradável, pode ser produzido por reação de transesterificação a partir de ácidos graxos de óleos vegetais e gorduras. Contudo, para que este tipo de reação aconteça com bom rendimento é necessário a utilização de catalisadores, que podem ser homogêneos ou heterogêneos. Neste contexto, o presente trabalho envolve a preparação por co-precipitação de hidromagnesitas (Mg5(CO3)4(OH)2·4H2O) e hidrotalcitas (Mg6Al2CO3(OH) 16·4H2O) modificadas com diferentes cátions (Ca2+, Zn2+, Cu2+, Ba2+, Ag+, Ti4+ e Nb5+) empregadas como precursores de óxidos catalisadores (calcinados a 450, 600 e 800°C), e a avaliação de seus potenciais catalíticos na síntese de biodiesel etílico. Estes precursores (hidromagnesitas e hidrotalcitas) são de fácil obtenção em laboratório e tem baixo custo de produção. Os materiais precursores e os seus respectivos óxidos foram caracterizados por TGA, XRD, FTIR-ATR, BET e Acidez(adsorção de butilamina) e alcalinidade(adsorção de CO2). Os materiais de referência foram óxidos derivados de hidromagnesita e hidrotalcita sem modificações. A síntese de biodiesel foi conduzida a 120oC por 12 h usando 20% (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 derivado de hidromagnesita teve rendimento de 40%, enquanto que a catálise com o óxido modificado com 20% de Ca2+ alcançou 80% de conversão dos ácidos graxos, e apresentou o maior tamanho de cristalito determinado por XRD e maior relação alcalinidade/acidez. A reação catalisada com o óxido de referência derivado de hidrotalcita converteu 12% dos ácidos graxos, enquanto que sua modificação com 20% de Ca2+ alcançou 89% de rendimento, além da maior alcalinidade em comparação aos demais materiais catalisadores.

The search for alternative fuels has become attractive to replace of petroleum diesel aiming environmental and economic benefits. Following this trend, biodiesel, a renewable and biodegradable fuel, can be produced by transesterification reaction as from fatty acids as vegetable oil and fat. However, for this king reaction happens in good the use of catalyst is required, which can be homogeneous or heterogeneous. In this context, this work involves the preparation of co-precipitation hydromagnesites (Mg5(CO3)4(OH)2·4H2O) and hydrotalcites (Mg6Al2CO3(OH) 16·4H2O) modified with different cations (Ca2+, Zn2+, Cu2+, Ba2+, Ag+, Ti4+ e Nb5+) appointed as precursors of the catalysts oxide (calcined at 450, 600 and 800°C), and evaluation of their potential catalytic in ethyl biodiesel synthesis. These precursors (hydromagnesites and hydrotalcites) are readily available in the laboratory and they have low production cost. The precursor materials and their respective oxides were characterized by TGA, XRD, FTIR-ATR, BET, acidity(butylamine adsorption) and basicity(CO2 adsorption). The reference materials were hydromagnesites and hydrotalcites unchanged derivative oxides. The biodiesel synthesis was conducted at 120oC for 12 h using 20% (m/m) catalyst to soybean oil mass, and the proportion of reactants 1:20 (mol/mol) of soybean oil/ethanol. The alkyl esters were quantified to GC-FID. The transesterification reaction catalyzed with reference oxide derivative of hydromagnesite had 40% yield while catalysis with the modified oxide with 20% Ca2+ reached 80% conversion of fatty acids, and presented the highest crystallite size determined by XRD and higher relative basicity/acidity. The reaction catalyzed with reference oxide derivative of hydrotalcite converted 12% of the fatty acids, while their modification with 20% Ca2+ rereached 89% yield, beyond the higher basicity compared to other catalysts materials.