Novo catalisador heterogêneo magnético SiO2/KI/γFe2O3 para reação de transesterificação em óleos vegetais para produção de biodiesel

Abstract

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.