Produção de biodiesel a partir de óleos e gorduras residuais utilizando ácido sulfúrico imobilizado em sílica como catalisador e aplicação do glicerol na produção de cetal

Abstract

Os catalisadores heterogêneos desenvolvidos pelo grupo de pesquisa a base de ácidos de Lewis suportados em diferentes óxidos inorgânicos, como por exemplo o ZnCl2/SiO2 e FeSO4/SiO2, tem se mostrado excelentes na esterificação de ácidos graxos livres, porém ineficazes quando aplicados na transesterificação de óleos vegetais. Este trabalho propõe o estudo e a síntese de um catalisador produzido a partir da substituição dos ácidos de Lewis por ácido de Bronsted-Lowry, tais como, o ácido sulfúrico e o ácido clorídrico. Óleos e gorduras residuais geralmente contêm um alto índice de ácidos graxos livres (AGL) e um elevado teor de água em sua constituição. Essas substâncias dificultam a ação dos catalisadores básicos como NaOH ou KOH que são amplamente empregados nestes processos, levando também a inibição de alguns catalisadores a base de ácidos minerais. A nova mistura catalítica (H2SO4/SiO2) foi sintetizada a partir de ácido sulfúrico 10 M imobilizado em sílica 24 mesh, previamente preparada a partir de areia de construção e carbonato de sódio e caracterizada pelas seguintes técnicas analíticas: Microscopia Eletrônica de Varredura, Espectrometria de Dispersão de Energia, Infravermelho e Termogravimetria. O catalisador foi inicialmente aplicado com êxito em reações de transesterificação de óleos vegetais refinados e de óleos e gorduras residuais purificados, porém o grande desafio foi realizar a transesterificação de óleos vegetais de baixa qualidade, os chamados óleos e gorduras residuais, que além de possuírem em sua constituição óleos vegetais misturados à gordura animal e ácidos graxos livres, são muitas vezes contaminados por até 1% de água, em que proporções acima de 0,5% m/m podem levar a total desativação do catalisador. O emprego de sílica sintética 24 mesh na constituição do catalisador objetivou aumentar a área de superfície, favorecendo o processo de adsorção de água oriunda da esterificação de ácidos graxos livres e também a contida nos óleos e gorduras residuais, evitando uma maior perda da atividade catalítica por lixiviação. O rendimento obtido em biodiesel foi acima de 99%, calculado a partir dos dados obtidos por Cromatografia Gasosa acoplada a Espectrômetro de Massa. O catalisador utilizado no processo foi recuperado por lavagem em éter etílico e ativado em estufa 150º C por 3 horas e utilizado em outros processos reacionais. O glicerol obtido como subproduto da transesterificação foi utilizado sem prévia purificação na reação de catalisação com acetona empregando H2SO4/SiO2, formando o cetal 2,2-dimetil-1,3-dioxolano-4-il metanol em 93% de rendimento, o qual foi determinado por CG/EM. Este produto é caracterizado por sua grande aplicação como aditivo para combustíveis pela indústria automobilística. A mistura catalítica (H2SO4 10M/SiO2) utilizada possui uma capacidade de carga de 1,91x10-3 mols H+/g, ou aproximadamente 9,4% m/m de H2SO4 no catalisador e equivalente a 0,94% m/m de H2SO4 em relação ao óleo vegetal empregado nos diferentes processos reacionais. Essas proporções se mostraram bem abaixo das proporções normalmente empregadas em reações de transesterificação catalisadas por ácido sulfúrico, que variam de 4 a 5%. O emprego deste catalisador nos processos de transesterificação e de catalisação, permitiu a sua recuperação e reutilização por 2 ciclos, sendo que após o último ciclo a sílica resultante foi acidificada novamente, seca e empregada em novos processos catalíticos.