METODOLOGIAS DE PREPARAÇÃO DO BIODIESEL DE SOJA E DE ALGODÃO POR CATÁLISES HOMOGÊNEAS E HETEROGÊNEAS

4.3.1 Catálise homogênea – obtenção do biodiesel

O biodiesel foi sintetizado, seguindo a metodologia adaptada do trabalho desenvolvido por Geris, 2007, através de reações de transesterificação de óleo de soja e de algodão comerciais, realizad/as em balão de vidro tribucal de 500 mL, à temperatura de 50°C por 30 min sob agitação, tendo como catalisador o hidróxido de

potássio (KOH). O álcool utilizado foi o metanol (MeOH-Vetec 99,89%), numa razão molar de óleo base e álcool de 1:6. 100 mL de óleo vegetal foi adicionado ao balão, e este foi acoplado a um condensador para refluxo, além de um termômetro para controle de temperatura até 50°C. Em outro recipiente, 1,5 g de KOH (catalisador) foi dissolvido em 35 mL de MeOH, e quando foi atingida a temperatura de 50°C no balão, a solução metanólica de KOH foi adicionada. O balão foi vedado para evitar a evaporação do solvente durante a reação.

A reação ocorreu por 30 min e, posteriormente, iniciou-se o processo de purificação e lavagem. Os produtos da reação foram transferidos para um funil de separação, onde permaneceu em repouso por 30 min, para separar o biodiesel da glicerina formada, que fica na parte inferior do funil. Após a separação, foi iniciada a lavagem do produto para retirada de álcool, KOH e excedente de glicerina que possa ter ficado no biodiesel. Em seguida, foi adicionado a ele 50 mL de uma solução aquosa 0,2% (v/v) de HCl, deixando-se em repouso por 30 min, e posterior retirada da parte aquosa, que continha o HCl e os produtos mais polares.

Para favorecer a separação das fases, foi adicionado 50 mL de uma solução saturada de NaCl, mantendo em repouso por 30 min e, em seguida, fez-se a retirada da solução aquosa de NaCl, com o arraste dos produtos mais polares nesta fase. O procedimento de lavagem com água foi repetido, com descarte da água, juntamente com os produtos solúveis em sua fase. Para a retirada da água adsorvida no biodiesel e mantê-lo na especificação exigida pela ANP, este foi transferido para um béquer contendo 10 g do dessecante, Na2SO4 alternando agitação e repouso em

intervalos de 15 min. O sistema foi filtrado, e o biodiesel foi recolhido em mais 10 g de Na2SO4, e novamente filtrado, em duas etapas. O pH do biodiesel foi

determinado, e estefoi guardado em frasco escuro, e em local frio, para evitar degradação pela luz, pela presença de oxigênio e umidade. Na Figura 11, está apresentado o fluxograma da metodologia aplicada para a obtenção do biodiesel.

Figura 11. Fluxograma da metodologia de obtenção do biodiesel.

Fonte: Autor, 2017.

4.3.2 Catálise heterogênea – preparação e caracterização dos catalisadores heterogêneos

Nesta etapa, foram preparados catalisadores baseados em hidróxidos de sódio e potássio suportados em sílica. Na preparação do catalisador denominado CAT1 foi utilizada a sílica MP1, obtida de areia, que apresenta as seguintes características: 96% SiO2, tamanho médio de partícula de 160 μm, área específica

de 33 m2/g, diâmetro de poro médio de 13,02 nm e volume de poro de 0,24 cm3/g. Para a obtenção do catalisador bimetálico, foi efetuada uma mistura física da sílica MP1, após ativação por 2 h a 150°C, em estufa Quimis, com hidróxidos dos metais alcalinos, sódio e potássio, numa razão molar, sílica:NaOH:KOH, respectivamente,

100 mL de Óleo vegetal, 35 mL de MeOH + 1,5 g de KOH a 50°C, por 30 min.

Separação das fases

Decantação por 30 min Biodiesel CG-FID e FTIR Purificação Caracterização Físico-química Metanol + Glicerina Ponto de fluidez, névoa e entupimento. Viscosidade e densidade

0,33:0,35:0,34. Posteriormente, o material foi colocado em forno mufla, a 500°C por 4 h. O produto obtido foi caracterizado pelas técnicas de espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), espectrometria de fluorescência de raios X (FRX) e difração de raios X (DRX) e aplicado na síntese do biodiesel. Para efeito de comparação foi utilizado um catalisador a base de KOH.

O catalisador denominado CAT2, foi preparado utilizando a sílica MP1, após ativação. Foi efetuada a mistura de 5 g da sílica com 1,5 g do reagente citrato de sódio e 70 mL de metanol, MeOH, que foram colocados em refluxo por 12 h em balão de vidro de 500 mL a 50°C, utilizando metodologia apresentada na Figura 12. Após esse tempo, o sistema final foi levado a um rotaevaporador para a retirada do solvente, e, posteriormente, o sólido foi aquecido em uma estufa por 3 h a 80°C. O catalisador foi novamente calcinado a 450°C por 4 h, e o produto obtido foi caracterizado pelas técnicas DRX, FRX e FTIR.

Figura 12. Fluxograma da metodologia de preparação do CAT2.

Fonte: Autor, 2017.

Sílica ativada, 2h 150°C na estufa

5g de SiO2 + 1,5g do citrato de sódio + 70 mL

MeOH,

Impregnação sob refluxo de 12 h

Secagem em rotaevaporador, retirar o álcool

Calcinação por 4h a 450°C, 5°C por minuto

Caracterização por DRX, FRX e FTIR Produto levado para estufa por 80°C durante

4.3.3 Técnicas para caracterização dos catalisadores

Os catalisadores obtidos foram caracterizados por técnicas de DRX e FRX com metodologias aqui descritas.

4.3.3.1 Difratometria de raios X (DRX)

Os difratogramas de raios X dos catalisadores foram obtidos em equipamento Bruker D2 Phaser utilizando radiação CuKα (λ = 1,54 Å) com um filtro de Ni, passo de 0,02°, corrente de 10 mA, voltagem de 30 KV, utilizando um detector Lynxey, sendo os dados obtidos na faixa de 2 de 5 a 70°.

4.3.3.2 Espectrometria de fluorescência de raios X (FRX)

A determinação da composição dos materiais foi efetuada utilizando-se um espectrômetro de fluorescência de raios X, FRX, da marca Shimadzu modelo EDX– 720, nas condições de análise: atmosfera de ar, colimador de 10 mm e detector de silício.

4.3.4 Obtenção do biodiesel por catálise heterogênea

Na preparação do biodiesel de soja, foram utilizados 1,5 g do catalisador CAT1 e 5 g do CAT2, , ambospara 100 mL de óleo e 35 mL de MeOH, a 50°C. As proporções utilizadas foram baseadas no trabalho de Souza, 2009. Os tempos reacionais obtidos foram de 30 min e 4:30 h, respectivamente, para CAT1 e CAT2. A purificação do biodiesel foi mais rápida do que ocorre na catálise homogênea, pois não necessitou de diversas lavagens com água para retirada dos produtos secundários e catalisador. Na Figura 13 está apresentado o fluxograma da produção de biodiesel a partir da utilização de catalisadores heterogêneos.

Figura 13: Fluxograma da produção de biodiesel a partir da utilização de

catalisadores heterogêneos.

Fonte: Autor, 2017.