Separação das frações presentes no óleo pirolítico com o uso de colunas cromatográficas preparativas em fase líquida

Com o intuito de melhorar a separação dos compostos presentes nos extratos aquosos e orgânicos do óleo foram utilizadas colunas cromatográficas preparativas em fase líquida empacotada com diferentes adsorventes. Posteriormente, as frações obtidas com essas colunas foram analisadas com o uso de CG/EM.

Como fases estacionárias foram escolhidos dois tipos de materiais: sílica e alumina. Tanto as fases estacionárias quanto a lã de vidro e o sulfato de sódio anidro foram previamente ativados/calcinados a 400 °C por 4 h e armazenados em estufa a 105 °C até a utilização.

A presença de enxofre nas amostras do óleo pirolítico pode danificar a fase estacionária da coluna do equipamento. Devido a isso, fez-se necessário um procedimento para a remoção do enxofre das amostras. O enxofre presente no extrato foi retido colocando-se uma camada de cobre ativado nas colunas, baseando-se na reatividade do S(s) e o Cu(s) com a formação do sulfeto de cobre, sendo uma reação rápida e que ocorre em meio ácido (ADAMS, 2002). O cobre em pó foi ativado com ácido clorídrico 0,1M, lavado com acetona e armazenado em hexano (CAVALCANTE et al., 2008; FARIAS, 2011).

Para a confecção das colunas foi pesado 0,8 g de lã de vidro (para impedir a passagem de partículas da fase estacionária – suporte), 1 g da fase estacionária, 0,5 g de cobre ativado e 1 g de sulfato de sódio anidro (para remover a parcela de água presente na amostra). A lã de vidro foi

colocada por primeiro dentro da coluna cromatográfica, seguida pelo adsorvente, pelo cobre ativado e pelo sulfato de sódio anidro (Figura 23).

Figura 23 – Representação da coluna cromatográfica preparativa em fase líquida.

Após o empacotamento, para a limpeza da coluna, foi adicionada uma quantidade dos eluentes hexano, diclorometano e metanol (2 a 3 vezes o volume da coluna), antes da introdução da amostra da fração aquosa ou orgânica do óleo pirolítico. A quantidade de amostra que foi introduzida na coluna foi de 100 µL da fração aquosa obtida a 310 °C ou da mistura da fração aquosa com o bio-óleo obtida a 500 °C, ambas após 7 dias de repouso sob refrigeração. A coluna cromatográfica foi então eluída com solventes de diferentes polaridades: hexano (solvente apolar), diclorometano (média polaridade) e metanol (solvente polar), respectivamente. A vazão da coluna foi ajustada para 1-2 mL.min-1. Para os eluentes hexano e diclorometano foram coletadas amostras de 4 em 4 mL, trocando-se os frascos de coleta. Foi retirado um total de quatro amostras com cada um desses solventes. Para o solvente metanol, foram coletadas amostras de 1 em 1 mL, totalizando 4 amostras. Na Figura 24 está o resumo das análises feitas com as diferentes colunas cromatográficas preparativas em fase líquida.

Logo após a coleta de cada fração foi retirada uma amostra de 1 mL de cada frasco obtido com os eluentes hexano e diclorometano. As amostras extraídas com o solvente metanol foram diluídas cerca de 50 vezes para posterior injeção em CG/EM. Todas as amostras foram guardadas sob refrigeração.

Para a análise da mistura, realizada na Central de Análises do Departamento de Engenharia Química e Engenharia de Alimentos, as 4 frações obtidas com hexano foram misturadas, assim como as 4 frações de diclorometano e as 4 frações de metanol. As frações foram concentradas em temperatura ambiente até ~1mL para posterior análise em CG/EM. A análise da mistura foi realizada somente com a coluna de alumina.

Figura 24 – Esquema dos ensaios realizados em coluna cromatográfica preparativa em fase líquida seguida de análise em CG/EM.

Coluna cromatográfica preparativa em fase líquida Análise em CG/EM Coluna de sílica: 0,8 g de lã de vidro 1 g de sílica 0,2 g de cobre ativado e 1 g de sulfato de sódio anidro

Amostras:

a) 100 µL da mistura da fração aquosa com o bio-óleo (pirólise a 500 °C)

b) 100 µL da fração aquosa (pirólise a 310 °C) Coluna de alumina:

0,8 g de lã de vidro 1 g de alumina 0,2 g de cobre ativado 1 g de sulfato de sódio anidro

Frações:

- 4 obtidas com o solvente hexano - 4 obtidas com o solvente diclorometano

3.6.14.1 Análise por cromatografia gasosa acoplada a espectrômetro de massas

Após a obtenção das amostras com o uso de colunas cromatográficas preparativas em fase líquida estas foram analisadas em CG/EM (modelo Saturn 2100 T, Varian) com coluna cromatográfica capilar apolar VF-5MS. O software utilizado no CG/EM foi o MS Workstation, versão 6.9.3 comercializado pela Varian Inc.. Também foi utilizado o banco de dados da biblioteca NIST (NIST MS Search 2.0). Os parâmetros utilizados no CG/EM foram os apresentados no Quadro 10.

Quadro 10 – Parâmetros utilizados no CG/EM após a separação dos compostos por cromatografia líquida preparativa.

Temperatura do Trap 170 °C

Temperatura da Manifold 40 °C

Temperatura da Xferline 250 °C

Injetor 250 °C

Coluna (rampa)

Inicial: 50 °C por 5 min; rampa de 50 a 150 °C a taxa de 5 °C.min-1; rampa de

150 a 300 °C, a taxa de 8 °C.min-1, permaneceu a esta temperatura por

5 min.

Modo Split 1:10

Fluxo da coluna 1,0 mL.min-1

Comprimento da coluna 30 m

Diâmetro da coluna 0,25 mm

Espessura de filme da coluna 0,25 µm Faixa de massas monitoradas 30 - 650 m/z

A mistura das frações foi analisada em um CG/EM (modelo do cromatógrafo 7890A acoplado ao detector de massas 5975C, Agilent Technologies) com espectrômetro de massas do tipo quadrupolo e coluna HP-5ms (Agilent J&W GC Columns) de 30 m de comprimento, 0,25 mm de diâmetro e 0,25 µm de espessura de filme. A programação de aquecimento do forno foi de 50 °C por 5 min; rampa de 50 a 150 °C a taxa de 5 °C.min-1; rampa de 150 a 250 °C, a taxa de 8 °C.min-1, permanecendo a esta temperatura por 5 min. A análise da mistura foi realizada na Central de Análises do Departamento de Engenharia Química e Engenharia de Alimentos da Universidade Federal de Santa Catarina.

3.7 ENSAIOS PARA A APLICAÇÃO DO ÓLEO PIROLÍTICO