Browsing by Author "Cavalcante, Luis Carlos Duarte"

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Avaliação da eficiência química de catalisadores heterogêneos baseados em minérios e rejeitos de mineração nas reações de transesterificação de triacilgliceróis de bio-óleo
(UFVJM, 2018) Rocha, Bárbara Gonçalves; Fabris, José Domingos; Roa, Juan Pedro Bretas; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Fabris, José Domingos; Nelson, David Lee; Pereira, Márcio César; Teixeira, Ana Paula de Carvalho; Cavalcante, Luis Carlos Duarte; Ferreira, Giovana Ribeiro
A diversificação da matriz energética, por razões econômicas, ambientais e da própria política energética das nações, tem suscitado foco especial nos biocombustíveis, particularmente no bioetanol e no biodiesel. Na indústria, o biodiesel (ésteres de ácidos graxos com um álcool de cadeia molecular curta) é, mais comumente, produzido pela transesterificação de triacilgliceróis de óleos vegetais ou gordura animal, com metanol ou etanol, sob catálise homogênea com uma base (KOH ou NaOH). Por representarem alternativas potencialmente mais sustentáveis, dos pontos de vistas econômicos e ambientais, o presente trabalho foi dedicado a avaliar a eficiência química de catalisadores heterogêneos baseados em materiais de minérios: (i) de nióbio, enriquecido em Nb2O5 (Geo.Nb2O5); (ii) de areia monazítica (Geo.Mona), uma fonte mineral de terras raras, e (iii) de rejeitos de mineração de fosfato, ricos em magnetita (Geo.Mag.CMT e Geo.Mag.CMA). Os materiais minerais foram preparados em mistura com componentes ácidos (H2SO4; HCl ou HF) ou básicos (KOH; , KBr, NaOH; CaO; KI; KF ou KCl). As reações de transesterificação foram conduzidas sob refluxo, com óleo de soja comercial e metanol, sob ação dos catalisadores sólidos. A razão molar padrão óleo:metanol foi de 1:100, com 10% de catalisador em relação ao óleo, a 60 ºC. Dos testes realizados com os materiais preparados com CaO sintético comercial, nas mesmas condições, a mistura calcinada a 800 ºC por 4 h rendeu ésteres metílicos sempre acima de 99%; o menor tempo de reação (2 h, para completar a transesterificação) foi conseguido com o catalisador baseado na Geo.Mona, em relação ao Geo.Nb2O5 (5 h), ao Geo.Mag.CMT (3 h) e o Geo.Mag.CMA também (2 h). Analisou-se o reuso consecutivo do catalisador. Após cada reação, o catalisador sólido era lavado com metanol e seco a 100 oC. O melhor resultado foi obtido com o rejeito magnético com CaO calcinados a 200 ºC por 4 h, para o que se conseguiu até 8 reações consecutivas. Nas impregnações com ácidos e bases, os melhores resultados foram com a mistura Geo.Nb2O5 e KOH calcinada a 600 ºC, para a qual conseguiu 8 reações consecutivas, com rendimento químico em ésteres metílicos de praticamente 100% e tempo reacional de 10 min, no primeiro uso. O efeito catalítico sinérgico mais significativo foi conseguido com o catalisador baseado em cada um dos três materiais avaliados em mistura com CaO: nenhum efeito catalítico significativo na reação de transesterificação de triacilglcieróis do óleo foi observado apenas com o material mineral puro calcinado. O CaO puro como catalisador, também calcinado e usado em reação, levou a rendimentos químicos pouco acima de 80%. A mistura individual do material mineral com CaO, nas mesmas condições de preparação anteriores, levaram a rendimentos químicos de efetivamente 100%. Os presentes resultados revelam a excepcional potencialidade, dos pontos de vista químico, econômico e ambiental, dos catalisadores mistos, dos materiais minerais com CaO, ora avaliados, nos processos de produção industrial de biodiesel.
Catalisadores químicos heterogêneos à base de areia monazítica para a reação de transesterificação de triacilgliceróis de bio-óleos com alcoóis de cadeias moleculares curtas para a produção de monoésteres de ácidos graxos (biodiesel)
(INPI, 2020-03-31) Rocha, Bárbara Gonçalves Rocha; Fabris, José Domingos; Cavalcante, Luis Carlos Duarte; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG); Fundação Universidade Federal do Piauí
A presente invenção trata do processo para produção de biodiesel, uma mistura de ésteres de ácidos graxos, obtido por transesterificação de triacilgliceróis com alcoóis de cadeia molecular relativamente curta, por uso de catalisadores heterogêneos derivados de um minério de terras raras, diferentes dos tradicionalmente encontrados no estado da técnica: o catalisador consiste da fração pesada de areia monazítica, proveniente da mineração de terras raras, misturada com óxido de cálcio e submetida à calcinação.
Hematitas nanoparticuladas como fotocatalisadores potenciais para degradação química de contaminantes orgânicos em meio aquoso e a produção de hidrogênio por fragmentação molecular da água e da amônia
(UFVJM, 2017) Melo, Edilailsa Januário de; Fabris, José Domingos; Pereira, Márcio César; Mesquita, João Paulo de; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Fabris, José Domingos; Melo, Rogerio Alexandre Alves de; Cavalcante, Luis Carlos Duarte
O desenvolvimento de novos semicondutores fotocatalisadores, em particular os ativos na produção de hidrogênio por fragmentação molecular da água e da amônia (presente no lixiviado de biodigestores ou de aterros sanitários e em efluentes industriais), tem dominado a ordem prioritária de interesse nas tecnologias avançadas para a geração de energia limpa. Este trabalho teve como objetivo principal avaliar a produção fotocatalisada de hidrogênio gasoso, a partir da fragmentação molecular da água ou da amônia, por uso da hematita pura ou da hematita dopada com os cátions metálicos cobalto, níquel, cobre e zinco como materiais semicondutores. Os materiais preparados por coprecipitação foram caracterizados pelas técnicas de EDX, MEV, DRX, espectroscopia Mössbauer, FTIR, BET e XPS. A taxa da produção de hidrogênio foi avaliada por medidas de densidade da corrente gerada pelo H2(g) evoluído da fragmentação molecular da água ou da amônia, em célula fotoeletroquímica (PEC). Foram também realizados testes fotocatalíticos, sob luz visível, com as hematitas, pura e com dopantes, como fotocatalisadores para degradação do corante índigo de carmim, utilizado como molécula modelo, simulando a decomposição de substrato orgânico poluente em água presente em efluentes industriais. Os resultados dos testes de degradação do corante mostraram que as hematitas dopadas com cobre e zinco tiveram relativamente alta atividade na degradação do corante; os melhores resultados foram obtidos com a hematita com zinco. Na evolução do hidrogênio da fotocatálise da água, a dopagem com cátions metálicos não alterou significativamente a atividade fotoeletroquímica da hematita. Ainda assim, a amostra de hematita dopada com níquel foi a que apresentou um discreto aumento da densidade de corrente, maior proporção de hidrogênio gasoso produzido, sob radiação com comprimento de onda maior do que 450 nm. A densidade de corrente gerada da degradação da amônia foi maior, se comparada à fragmentação da água. No entanto, a dopagem também não alterou de forma significativa a atividade PEC dos materiais. Das amostras de hematitas dopadas, a com cobre foi a que apresentou os melhores resultados fotoeletroquímicos, ainda que abaixo da eficiência fotoeletroquímica da hematita pura.
Monitoramento químico da composição e da ação do biodiesel do óleo de amêndoa da macaúba (Acrocomia aculeata (Jacq.) Lodd. ex Mart.) no contato direto com aço carbono e aço carbono galvanizado
(UFVJM, 2018) Batista, Cláudia Eliane Dias; Fabris, José Domingos; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Fabris, José Domingos; Cavalcante, Luis Carlos Duarte; Santos, Sandro Luis Barbosa dos; Macedo, Alice Lopes
O biodiesel é uma importante fonte alternativa de energia, pois é derivado da biomassa fotossintética de plantas oleaginosas. Óleos de muitas espécies de plantas têm sido investigados por serem material precursor para a produção de biodiesel. Macaúba (Acrocomia aculeata) é uma palmeira nativa do Brasil, cuja fruta tem uma proporção significativa de óleo, com potencial real para a produção industrial de biodiesel. Existe uma ampla gama de questões ainda a serem sistematicamente exploradas, a fim de se obter uma visão adequada do manejo racional da cultura da palma, extração e processamento do óleo para a produção e armazenamento comercial do biodiesel. O comportamento químico dos ésteres metílicos de ácidos graxos do óleo da amêndoa de macaúba e a lixiviação de elementos metálicos por contato dos aços carbono usados na construção de tanques e dutos são o foco principal deste trabalho experimental. A composição em ésteres metílicos do biodiesel obtido da reação de transesterificação de triacilgliceróis do óleo de amêndoa da macaúba com metanol, em contato direto com os aços carbono ASTM A283 grau C e API X65 galvanizados e não galvanizados foi monitorada. A lixiviação de elementos químicos da estrutura dos aços carbono foi também investigada. Os resultados obtidos por espectroscopia Mössbauer neste trabalho também mostraram que o contato com o biodiesel de macaúba confere proteção aos aços não galvanizados contra a corrosão oxidativa no contato direto com o ar. Além disso, observou-se ainda a formação de espécies químicas contendo ferro, nomeadamente magnetita (Fe3O4) e wüstita (Fe1-xO), na superfície das barras de aço não galvanizado quando em contato direto com o ar, mas sem contato com o biodiesel; nenhum óxido de ferro foi detectado nas barras de aço usadas no biodiesel, monitoradas até 105 dias de armazenamento. As taxas de corrosão são baixas, de acordo com a norma NACE-RP0775, Standard Recommended Practice: Preparation, Installation, Analysis, and Interpretation of Corrosion Coupons in Oilfield Operations. O biodiesel do óleo da amêndoa da macaúba tem 63,44 massa% de ésteres de ácidos graxos saturados. Uma condição que assegura relativamente alta estabilidade oxidativa do combustível, mesmo em contato (na presente experiência, por imersão) com o aço carbono API ou ASTM, galvanizado ou não.
Novo catalisador heterogêneo magnético SiO2/KI/γFe2O3 para reação de transesterificação em óleos vegetais para produção de biodiesel
(UFVJM, 2017) Macedo, Alice Lopes; Fabris, José Domingos; Pereira, Márcio César; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Fabris, José Domingos; Roa, Juan Pedro Bretas; Cavalcante, Luis Carlos Duarte; Pasa, Vânya Márcia Duarte; Verly, Rodrigo Moreira; Nelson, David Lee
A crescente demanda global por combustíveis líquidos para transporte, geração de eletricidade, atividade industrial e produção agropecuária tem imposto planejamento de ações direcionadas ao uso de fontes ambientalmente limpas de energia. Os derivados da biomassa são alternativas econômica e tecnicamente viáveis aos de origem fóssil, não renovável, ora dominantes na matriz energética global. O biodiesel, líquido formado por uma mistura de ésteres de ácidos graxos, é adequado à operação em motores de combustão interna de ciclo Diesel, em substituição ou em complemento ao petrodiesel, ou em outras máquinas térmicas. O propósito central do presente trabalho foi o desenvolvimento de um catalisador sólido economicamente viável, quimicamente eficiente e ambientalmente limpo para a produção de biodiesel via processos de transesterificação de triacilgliceróis dos óleos de macaúba ou de soja, com metanol. Foi preparado o catalisador heterogêneo baseado em iodeto de potássio impregnado em sílica amorfa (SiO2; derivada de areia da construção civil) e misturada a um componente magnético sintético (maghemita, γFe2O3). As estruturas química, cristalográfica e hiperfina essenciais e as propriedades magnéticas dos materiais precursores e do catalisador sólido foram investigadas. O teor de ésteres e a composição dos biodieseis produzidos foram determinados por cromatografia de fase gasosa acoplada a espectrômetro de massa. A composição química do catalisador, verificada por espectroscopias de energia dispersiva sob feixe de elétrons e por fluorescência de raios X (FRX), confirmou a ocorrência de Si, Fe, K, e I. As áreas específicas BET encontradas para os componentes individuais, SiO2, γFe2O3 e do catalisador SiO2/KI/γFe2O3, foram 352, 102, e 19 m2 g-1, respectivamente. A significativa redução da área específica do catalisador aponta que os componentes foram efetivamente impregnados no suporte. A morfologia das partículas visualizadas por microscopias eletrônicas de varredura e de transmissão revela a textura esponjosa do catalisador SiO2/KI/γFe2O3, similarmente ao suporte de sílica; o óxido de ferro magnético aparece como material altamente organizado, cristalino, disperso no suporte. Os dados Mössbauer e da magnetometria do óxido de ferro magnético puro e no catalisador confirmam ser a maghemita, resultando em uma magnetização de saturação do catalisador de 4,6 emu g-1. O catalisador SiO2/KI/γFe2O3, usado na transesterificação de triacilgliceróis, na proporção em massa em relação ao óleo da amêndoa de macaúba de 4,5% e razão molar óleo:metanol de 1:35, levou à produção de 94,3 massa% de ésteres, após 8 h de reação. Foi experimentalmente observado que a maghemita tem comportamento químico-catalítico sinérgico com os demais componentes do catalisador. O SiO2/KI/γFe2O3 foi reutilizado em seis reações consecutivas com óleo de soja, na mesma proporção do catalisador e razão molar óleo:metanol de 1:35, com rendimentos de 94,5% e tempo reacional de 110 min, para o primeiro ciclo, e de 61,2% e 150 min, para o último ciclo. O catalisador, antes e após cada ciclo de reuso, e as alíquotas das reações foram analisados por FRX, que mostrou que não há perda significativa dos componentes do catalisador. Os resultados demonstram uma perspectiva tecnológica que permite redução substantiva do volume de efluentes poluentes e utilização de diferentes matérias-primas oleaginosas de alto potencial para a produção de biodiesel.
Síntese de ésteres metílicos ou etílicos (biodiesel), ou de álcool superior, de ácidos graxos, via reação de transesterificação de triacilgliceróis em bio-óleos ou bio-gorduras, promovida por catalisadores heterogêneos baseados em rejeitos magnéticos de mineração de fosfato
(INPI, 2019-05-07) Rocha, Bárbara Gonçalves; Fabris, Jose Domingos; Macedo, Alice Lopes; Freitas, Bárbara Rodrigues; Almeida, Priscylla Caires de; Cavalcante, Luis Carlos Duarte; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM)
"A presente invenção está relacionada ao processo para produção de biodiesel através da transesterificação de triacilgliceróis, utilizando catalisadores heterogêneos derivados de rejeito mineral magnético rico em magnetita (Fe304), material, aqui, intitulado meramente "magnetita", da mineração de depósitos minerais de apatita. Especificamente, a presente invenção está relacionada a um processo para produção de biodiesel através da transesterificação de triacilgliceróis de bio-óleos ou bio-gorduras com álcool metílico, álcool etílico, ou qualquer outra formação similar de ésteres com alcoóis superiores, utilizando o catalisador heterogêneo diferente dos encontrados tradicionalmente no estado da técnica. O catalisador a que aqui se reivindica consiste em material de magnetita (Fe304), proveniente de rejeito da mineração de fosfato, misturado com óxido de cálcio; a mistura é calcinada a uma temperatura entre 100 °C e 1000 °C."