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OBTENO DE BIODESEL A PARTIR DO LEO DE SOJA

UTILIZANDO A VERMICULITA EXPANDIDA

V. C. SILVA1, J. S. ALBUQUERQUE 1 e B. V. SOUSA1

1 Universidade Federal de Campina Grande, Departamento de Engenharia Qumica

E-mail: valdetecampossilva@hotmail.com, jonassantana25@gmail.com,

bianca@deq.ufcg.edu.br

RESUMO A utilizao do biodiesel representa atualmente uma alternativa promissora

na reduo de impactos ambientais e fonte estratgica de energia renovvel. Sua

produo baseada na transesterificao de leos vegetais ou gorduras animais,

utilizando catalisadores homogneos ou heterogneos. Os catalisadores argilosos vm

ganhando destaque, por apresentarem acidez, alta capacidade de troca catinica e

abundncia na forma in natura. Geralmente, realizam-se modificaes na argila

vermiculita por tratamentos trmicos, os quais aumentam a distncia entre os espaos

lamelares e favorecem o processo cataltico. O objetivo desse trabalho avaliar o

desempenho da vermiculita expandida na reao de transesterificao do leo de soja.

Atravs das micrografias e dos infravermelhos observou-se folhedos espaosos e

delaminados e confirmou-se a ausncia de bandas caractersticas de gua aps a

expanso, respectivamente. Verificou-se que a vermiculita expandida apresentou

potencial cataltico para utilizao na rota metlica de produo de biodiesel.

1. INTRODUO

O mineral vermiculita um silicato composto principalmente de ferro, alumnio e

clcio. Pertencente famlia das micas, ele existe em abundncia no Brasil, com reservas no

Piau, Gois, Paraba e na Bahia. A vermiculita tem massa especfica baixa e apresenta forma

de lmina (lamelar). Sua principal vantagem ser um material inorgnico e resistente a

temperaturas elevadas.

Quando aquecida a uma temperatura superior a 150 C, a vermiculita aumenta de

volume, expande-se perpendicularmente (como uma sanfona) e libera gua, aumentando seu

volume at 20 vezes. Como a maioria dos minerais, a vermiculita hidroflica, ou seja, atrai

molculas de gua e pode ser molhada. Poucos minerais so hidrfobos, como enxofre, grafite

e carvo que, quando mergulhados na gua, no molham e saem secos (Martins, 2000).

O biodiesel um combustvel biodegradvel e renovvel, consistindo de steres

monoalqulicos de cidos graxos preparados a partir de matrias-primas contendo

triglicerdeos, tais como leos vegetais, gordura animal e resduos (Garca-Sancho, 2011).

A reao de transesterificao considerada o processo qumico mais vivel, no

momento, em todo o mundo para a produo do biodiesel, principalmente porque as

rea temtica: Engenharia de Reaes Qumicas e Catlise 1

mailto:valdetecampossilva@hotmail.commailto:jonassantana25@gmail.commailto:bianca@deq.ufcg.edu.br

caractersticas fsicas dos steres de cidos graxos so muito prximas daquelas do diesel

(Geris et. al., 2007; Candeia, 2008).

A transesterificao, tambm chamada de alcolise, a reao de um leo ou gordura

com um lcool para formar os steres e glicerol. A estrutura da sua reao est ilustrada na

Figura 1 (Singh e Sarma, 2011).

Figura 1 - Reao de transesterificao com metanol na presena de catalisador.

Atualmente, o biodiesel normalmente produzido usando um catalisador bsico

homogneo. Os mais utilizados so o hidrxido de sdio (NaOH) e o hidrxido de potssio

(KOH), que so facilmente solveis no metanol (Felizardo et al., 2006; Kulkarni et al., 2006).

A vantagem deste processo a produo de steres metlicos, a obteno de rendimentos

muito elevados em condies suaves e que a reao geralmente leva pouco tempo para a sua

execuo (Sharma et al., 2006; Meher et al., 2006).

Este trabalho tem como objetivo a reao de transesterificao do leo de soja com o

lcool metlico, utilizando como catalisador heterogneo a vermiculita expandida e, avaliar a

capacidade de converso em steres.

2. METODOLOGIA

2.1 Expanso da vermiculita in natura

Inicialmente, 20 g de argila vermiculita passada em peneira Tyler de 200 mesh, foi

pesada e depois medido o volume em uma proveta graduada. Posteriormente, foi adicionada,

com elevado grau de espalhamento, em cadinhos de porcelana, que foram levados a forno

mufla por 15 min temperatura de 800 C para promover a secagem. Levou-se ao dessecador,

at ficar na temperatura ambiente, aproximadamente meia hora. Em seguida, mediu-se, com a

mesma proveta graduada, o grau de expanso (GE), definido como a razo entre o volume da

vermiculita expandida e in natura. Atravs da Equao 1 foi calculado o GE:

inV

VGE

exp (1)

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2.2 Produo de biodiesel

A argila vermiculita expandida foi testada na reao de transesterificao metlica do

leo de soja utilizando um reator PAAR modelo 4848, de alta presso, do tipo batelada. Na

Tabela 1 esto apresentadas as condies.

Tabela 1- Condies de operao da reao de transesterificao metlica

Variveis Condies

leo/lcool (molar) 1:10

Catalisador (m/m) 4%

Presso Autgena

Rotao (rpm) 500

A temperatura e o tempo de reao esto descritos na Tabela 2.

Tabela 2 - Condies de operao da reao de transesterificao metlica para as amostras

Tempo de reao (h) Temperatura (C)

Amostra 1 4 100

Amostra 2 2 100

Inicialmente, misturou-se o leo de soja, o metanol e o catalisador no reator, este foi

fechado com segurana, ajustado para as condies de operao e, ento, se deu incio

reao de transesterificao. Aps o tempo reacional, a mistura foi colocada em funil de

decantao e deixada em repouso at que houvesse a completa separao das fases da mistura.

Posteriormente, a fase mais densa (a glicerina) foi retirada, restando apenas o biodiesel. Em

seguida, foi realizada a etapa de lavagem do biodiesel, onde adicionou-se gua deionizada. A

lavagem ocorreu at que a gua estivesse neutra. Finalmente, o material obtido foi colocado

em estufa durante 2 h a 100 C para retirada da gua. Aps esta etapa, o biodiesel foi

encaminhado para anlises.

2.3 Micrografia Eletrnica de Varredura (MEV)

As argilas foram analisadas em um Microscpio Eletrnico de Varredura da PHILIPS

XL30FEG (Field Emission Source) com um Espectrofotmetro de energia dissipativa

acoplado.

2.4 Espectrofotometria na Regio do Infravermelho (FTIR)

As anlises foram realizadas pelo mtodo do p utilizando um espectrofotmetro de

infravermelho AVATAR TM 360 ESP FT-IR, com comprimentos de onda na faixa de 2000 a

650 cm-1, com incrementos de 500 cm-1 e resoluo de 4 cm-1.

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2.5 Teste cataltico: Reao de transesterificao

A anlise por cromatografia gasosa foi realizada para determinao dos percentuais de

steres metlicos de cidos graxos nas amostras de biodiesel. Uma amostra da soluo

inserida no injetor do equipamento, vaporizada e transportada por um gs de arraste atravs da

coluna cromatogrfica, onde ocorre a separao da mistura. As substncias separadas saem da

coluna dissolvida no gs de arraste e passam por um detector, que gera um sinal eltrico

proporcional quantidade de material diludo. O biodiesel foi analisado num cromatgrafo a

gs da marca VARIAN, modelo 450-GC.

3. RESULTADOS E DISCUSSO

3.1 Expanso da vermiculita in natura

Os resultados do grau de expanso da vermiculita in natura encontram-se na Tabela 3.

Tabela 3 - Resultados do grau de expanso (GE)

Temperatura (C) Min (g) Mexp (g) Vin (mL) Vexp (mL) GE

800 25,6760 23,3632 37,0 42,0 1,1351

Legenda: Min = massa in natura, Mexp= massa expandida, Vin= volume in natura, Vexp=

volume expandido.

A gua interlamelar, quando retirada pelo aquecimento, faz com que o argilomineral se

expanda e, consequentemente, tem-se um aumento da sua rea superficial. Na Tabela 3, observou-

se o aumento do volume da vermiculita com a diminuio da massa, devido evaporao de gua.

Valores de GE acima de 1,0 so considerados bons resultados de expanso (Frana e Luz, 2002).

3.2 Micrografia Eletrnica de Varredura (MEV)

Na Figura 2 esto apresentadas as micrografias das vermiculitas in natura e expandida.

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Figura 2- a) vermiculita in natura e b) vermiculita expandida.

Por meio de observaes diretas das micrografias da vermiculita in natura (Figura 2a),

observou-se uma estrutura compactada e escamosa, formada por aglomerados e pequenos

espaamentos, tpica da argila vermiculita no estado natural. Nas micrografias da vermiculita

expandida (Figura 2b) observou-se uma estrutura escamosa e menos compactada, com folhas

bem delaminadas e aumento do espaamento interlamelar do material. A expanso em altas

temperaturas ocasiona a eliminao de gua adsorvida no material. Logo, os espaamentos

entre as camadas interlamelares aumentam expressivamente e isso possibilita que outras

molculas difundam para o seu interior e incorporem em sua estrutura, podendo ser aplicado

para a adsoro de materiais contaminantes e reaes catalticas.

3.3 Espectrofotometria na regio d