Purificação do biodiesel : desenvolvimento de materiais poliméricos uretânicos para remoção de contaminantes

Abstract

Resumo: O desenvolvimento de polímeros com matérias-prima de origem renovável tem recebido atenção nos últimos anos. Neste trabalho é apresentado o desenvolvimento de poliuretanos (PUs) com carboidratos e com uma carga inorgânica (bauxita) para serem utilizados no processo de purificação a seco do biodiesel, visando a diminuição dos contaminantes presentes. Dessa maneira foram preparados três sistemas: (a) espumas flexíveis de PU com carboidratos; (b) espumas flexíveis de PU com bauxita e (c) polímeros uretânicos obtidos em solução. Para o sistema 1, foram preparados espumas com dois polióis (PPG e PEG) e com os carboidratos maltodextrina, alginato de sódio ou alginato de cálcio. As quantificações das águas de lavagem evidenciaram que uma grande quantidade de carboidrato ficou retida na estrutura da espuma. As análises por IVTF, dos materiais desenvolvidos apresentaram bandas de absorção relativas ao PU, as curvas termogravimétricas apresentaram perda de massa em duas etapas e a CED apresentou um aumento da temperatura de transição vítrea (Tg) para as espumas com carboidratos e os testes de absorção em água demonstraram que estas espumas apresentam maior afinidade pela água. Para o sistema 2, as espumas de PU foram preparadas com massas crescentes de bauxita (5-20%) e as análises por IVTF e DRX evidenciaram que as espumas com bauxita apresentam uma característica mais similar ao da espuma controle, além disso, foi observado uma diminuição da temperatura de transição vitrea (Tg), das espumas com bauxita. No sistema 3, foram preparados poliuretanos com amido, amido catiônico ou maltodextrina com TDI, todos preparados por polimerização em solução usando dimetilsulfóxido (DMSO). As análises por IVTF mostraram atribuições relativas à ligação uretânica. A análise por ATG mostrou eventos de perda de massa que foram atribuídas à clivagem da ligação uretânica e a avaliação por DRX apresentou padrões de difração diferentes dos observados para os carboidratos de partida e estes resultados são evidencias da formação do polímero. Todos os poliuretanos preparados foram utilizados para realização dos estudos de purificação do biodiesel e inicialmente os indicadores utilizados para avaliar a eficiência do processo foi a concentração de sabão e o índice de acidez. De maneira geral, todos os polímeros apresentaram viabilidade de utilização para remoção dos contaminantes estudados e os melhores resultados foram obtidos com a espuma PU com alginato de sódio, bauxita 20 % e o polímero obtido em solução com a maltodextrina. A partir daí, foi avaliado o tempo de saturação e a reutilização.

Abstract: There has been an increasing interest in the development of polymer raw materials from renewable sources in recent years. This thesis presents the development of polyurethanes (PU's), together with carbohydrates and an inorganic filler (bauxite) for use in the dry purification process of biodiesel, with the aim of reducing contaminants. Three systems were prepared for this: (a) flexible PU foams with carbohydrates, (b) flexible PU foams with bauxite and (c) urethane polymers obtained in solution. System 1 involved preparing foams with two polyols (PPG and PEG) and the following carbohydrates maltodextrin, sodium alginate and calcium alginate. The quantification of the water used for washing showed that a large amount of carbohydrate was retained in the foam structure. FTIR analysis showed absorption bands for the PU, the thermogravimetric curves showed weight loss in two stages, the DSC had an increase in glass transition temperature (Tg) for foams with carbohydrates and the water absorption tests showed that these foams have a high affinity for water. In System 2, the PU foams were prepared with increasing masses of bauxite (5-20%); the results of FTIR and X-Ray Diffraction (XRD) analysis showed that the foams with bauxite showed a similar characteristic to foam control and in addition, a decrease in glass transition temperature (Tg) was observed. In system 3, polyurethanes were prepared from starch, cationic starch or maltodextrin with TDI, by means of solution polymerization using dimethylsulfoxide (DMSO). FTIR analysis showed assignments of the urethane linkage. The TGA analysis showed weight loss events that were attributed to the cleavage of the urethane linkage and evaluation by XRD showed different diffraction patterns from those observed for the initial carbohydrate; these results are evidence of the formation of polyurethanes. All the polyurethanes prepared were used in studies for the purification of biodiesel and initially the indicators used to evaluate the efficiency of the process were the soap concentration and acid value. In general, the study showed that it was feasible to use all the polymers to remove the contaminants studied and the best results were obtained with the PU foam with sodium alginate, with bauxite 20% and the polymer obtained in solution with maltodextrin. In the following stage, we measured the saturation time and reuse.