Produção de biodiesel por interesterificação química do óleo de soja com acetato de metila utilizando materiais lamelares em catalise heterogênea

Abstract

Resumo: A transesterificação de óleos vegetais e/ou gorduras animais em meio alcalino homogêneo ainda é o método mais utilizado para a produção de biodiesel no Brasil. No entanto, este processo necessita de matérias primas com baixa acidez e umidade para evitar reações paralelas indesejadas como a saponificação, que levam à emulsificação e promovem perdas no rendimento da reação. Outra desvantagem é a necessidade de etapas de purificação para a retirada do catalisador e de outros possíveis contaminantes. Os processos catalíticos heterogêneo apresentam muitas vantagens em relação aos processos homogêneos, como a facilidade de separação dos produtos da reação, a obtenção de produtos com alto grau de pureza, não são corrosivos e, ainda são de fácil regeneração, possibilitando a sua reutilização, bem como a menor geração de resíduos ao final do processo, no entanto o aumento significativo do glicerol, formado no processo de transesterificação, é ambientalmente e economicamente, uma desvantagem desse processo. A interesterificação de óleos e gorduras com acetato de metila em meio heterogêneo oferece uma alternativa promissora comparado a transesterificação, já que o coproduto formado é a triacetina, ou seja, esse tipo de processo já produz um glicerol quimicamente modificado, eliminando a etapa de beneficiamento do glicerol. Por estarem no estado sólido, estes materiais permitem uma fácil separação do meio reacional além de apresentarem a possibilidade de reuso em diversos ciclos. Da mesma forma, se espera idealmente que a atividade catalítica deve permanecer similar em todos os ciclos para viabilizar o uso. Neste trabalho foi utilizado como catalisadores o hidroxido duplo lamelar Zn2AlNO3 o hidroxissal lamelar (Zn5(OH)8(NO3)2.2H2O HNZ, hidroxinitrato de zinco), a hidrotalcita e o carboxilato lamelar (estearato de zinco comercial- EZCom). No entanto foi desenvolvido um conjunto maior de experimentos para o HDL-Zn2AlNO3e para o EZCom, que se mostraram mais promissores nos ensaios preliminares. Todos os catalisadores foram aplicados na reação de interesterificação metílica do óleo de soja em reator Büchiglass, modelo "miniclave drive", com rotação de 600 rpm. Os ésteres obtidos foram analisados por cromatografia em fase gasosa e a máxima conversão foi de 80,5 % para reações catalisadas com EZCom e 89,0 % para o HDL, quando empregada a razão molar óleo:álcool de 1:24, tempo reacional de 10 hrs porcentagem de catalisador de 15 % (m/m). Os testes de reuso demonstraram que o catalisador perde atividade já no segundo ciclo de reuso devido a mudança estrutural dos compostos lamelares. As análises de difração de raios X, espectrometria no infravermelho com transformada de Fourier e termogravimetria indicaram que os catalisadores possuem características similares às descritas na literatura. Palavras-chave: biodiesel, interesterificação, hidróxido duplo lamelar, estearato de zinco comercial, catálise heterogênea.

Abstract: The transesterification of vegetable oil and/or animal fats in homogeneous alkaline medium is still the most widely used method for the production of biodiesel in Brazil. However, this process requires raw materials with low acidity and moisture to prevent undesirable side reactions such as saponification, which lead to emulsification and promote losses in the yield of the reaction. Another disadvantage is the need for purification steps to remove the catalyst and other possible contaminants. The heterogeneous catalytic process offers many advantages over homogeneous processes, such as ease of separation of the reaction products to obtain products with high purity, non-corrosive and yet are easy regeneration, allowing its reuse and such as less waste at the end of the process, however the significant increase in glycerol formed in the transesterification process is environmentally and economically, a disadvantage of this process. The heterogeneous interesterification of oils and fats with methyl acetate, offers a promising alternative as compared to transesterification, since the byproduct formed is triacetin, so this type of process is already producing a chemically modified glycerol, eliminating the processing step. Lamellar materials, oxides, clays, zeolites and molecular sieves, are examples of compounds with applicability in catalytic processes to reduce these limitations, aiming the production of biodiesel. Because of their solid state, these materials allow easy separation of the reaction medium in addition to having the possibility of reuse in several cycles. In this work was used as catalysts LDH Zn2AlNO3 the LHS (Zn5(OH)8(NO3)2.2H2O ZHN, zinc hidroxinitrato), the hydrotalcite and the lamellar carboxylate (zinc stearate commercially EZCom). However, there developed a larger set of experiments to HDL-Zn2AlNO3 and the EZCom that were more promising in preliminary tests. All catalysts used in the interesterification reaction of the methyl soybean oil in reactor Büchiglass model "miniclave drive" with 600-rpm rotation. The esters were analyzed by gas chromatography and the maximum conversion was 80.5% for reactions catalyzed with EZCom and 89.0% for HDL when used the molar ratio of oil: alcohol 1:24, reaction time 10 h percentage of catalyst 15% (m / m). The reuse tests shown that the catalyst loses activity in the second cycle due to structural change of lamellar compounds. The analysis of X-ray diffraction, infrared spectrometry with Fourier transform, and thermogravimetric analysis indicated that the catalysts have similar characteristics to those described in the literature. Keywords: biodiesel, interesterification, LDH, EZCom, heterogeneous catalysis.