Avaliação da eficiência química de catalisadores heterogêneos baseados em minérios e rejeitos de mineração nas reações de transesterificação de triacilgliceróis de bio-óleo
| dc.contributor.advisor | Fabris, José Domingos | |
| dc.contributor.advisorco | Roa, Juan Pedro Bretas | |
| dc.contributor.author | Rocha, Bárbara Gonçalves | |
| dc.contributor.institution | Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM) | pt_BR |
| dc.contributor.referee | Fabris, José Domingos | |
| dc.contributor.referee | Nelson, David Lee | |
| dc.contributor.referee | Pereira, Márcio César | |
| dc.contributor.referee | Teixeira, Ana Paula de Carvalho | |
| dc.contributor.referee | Cavalcante, Luis Carlos Duarte | |
| dc.contributor.referee | Ferreira, Giovana Ribeiro | |
| dc.date.accessioned | 2018-07-18T12:29:56Z | |
| dc.date.available | 2018-07-18T12:29:56Z | |
| dc.date.issued | 2018 | |
| dc.date.submitted | 2017-12-18 | |
| dc.description | Área de concentração: Produtos e coprodutos. | pt_BR |
| dc.description.abstract | 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. | pt_BR |
| dc.description.abstracts | The diversification of the energy matrix has been drawing special attention to biofuels, especially bioethanol and biodiesel, mainly for economic and environmental reasons and national energy policies. In industry, biodiesel (esters of fatty acids with a short-chain alcohols) is most commonly produced by the transesterification of triacylglycerols in vegetable oils or animal fats with methanol or ethanol using homogeneous catalysis with a base (KOH or NaOH). The present work was devoted to the evaluation of the chemical efficiency of heterogeneous catalysts based on mineral materials: (i) niobium, enriched in Nb2O5 (Geo.Nb2O5); (ii) monazite sand (Geo.Mona), a mineral source of rare earths, and (iii) phosphate mining tailings, rich in magnetite (Geo.Mag.CMT e Geo.Mag.CMA). The mineral materials were prepared in admixture with acidic (H2SO4, HCl or HF) or basic (KOH, KBr, NaOH, CaO, KI, KF or KCl) components. The transesterification reactions were conducted under reflux with commercial soybean oil and methanol in the presence of the solid catalysts. The standard molar ratio of oil:methanol was 1:100, using 10% catalyst relatively to the quantity of oil, at 60 °C. According to the tests performed with the materials prepared with commercial synthetic CaO under the same conditions, the yield of methyl esters with the mixture calcined at 800 °C for 4 h was always greater than 99%. The shortest reaction time (2 h to complete the transesterification) was achieved with the Geo.Mona catalyst; the reaction times with Geo.Nb2O5 (5 h), the Geo.Mag.CMT (3 h) and the Geo.Mag.CMA also (2 h) were longer. The consecutive reuse of the catalyst was also verified. After each reaction, the solid catalyst was washed with methanol and dried at 100 °C. The best result was obtained with the magnetic waste with CaO calcined at 200 ºC for 4 h, with which up to eight consecutive reactions were achieved. On impregnating with acids or bases, the best results are obtained with the Geo.Nb2O5 and KOH mixture calcined at 600 ºC, with which eight consecutive reactions were completed. Virtually 100% yields of methyl esters were obtained in a reaction time of 10 min in the first use. The most significant synergistic catalytic effect was achieved with each of the three minerals mixed with CaO. No significant catalytic effect on the transesterification reaction of triacylglycerols in the oil was observed with the pure calcined minerals. When the calcined CaO is used alone as catalyst, the reaction yielded just over 80%. For the mixture of the individual minerals with CaO under the same preparation conditions described above, the transesterification reaction led to virtually 100% yields. The present results reveal an outstanding potential regarding the chemical, economic and environmental aspects of the mixed catalysts (the mineral material with CaO) for chemical processes leading to the industrial production of biodiesel. | en |
| dc.description.thesis | Tese (Doutorado) – Programa de Pós-graduação em Biocombustíveis, Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri, 2017. | pt_BR |
| dc.identifier.citation | ROCHA, Bárbara Gonçalves. Avaliação da eficiência química de catalisadores heterogêneos baseados em minérios e rejeitos de mineração nas reações de transesterificação de triacilgliceróis de bio-óleo. 2018. 153 p. Tese (Doutorado) – Programa de Pós-graduação em Biocombustíveis, Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri, Diamantina, 2017. | pt_BR |
| dc.identifier.uri | https://acervo.ufvjm.edu.br/items/ed222687-0d2b-4b7c-9602-74d7e9d2e6c0 | |
| dc.publisher | UFVJM | pt_BR |
| dc.rights | Acesso Aberto | pt_BR |
| dc.rights.license | A concessão da licença deste item refere-se ao à termo de autorização impresso assinado pelo autor, assim como na licença Creative Commons, com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri e o IBICT a disponibilizar por meio de seus repositórios, sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, e preservação, a partir desta data. | pt_BR |
| dc.subject.keyword | Biodiesel | pt_BR |
| dc.subject.keyword | Transesterificação | pt_BR |
| dc.subject.keyword | Catalisador heterogêneo | pt_BR |
| dc.subject.keyword | Óxido de nióbio | pt_BR |
| dc.subject.keyword | Terras raras | pt_BR |
| dc.subject.keyword | Magnetita | pt_BR |
| dc.subject.keyword | Transesterification | en |
| dc.subject.keyword | Heterogeneous catalyst | en |
| dc.subject.keyword | Niobium oxide | en |
| dc.subject.keyword | Earth rare | en |
| dc.subject.keyword | Magnetite | en |
| dc.title | Avaliação da eficiência química de catalisadores heterogêneos baseados em minérios e rejeitos de mineração nas reações de transesterificação de triacilgliceróis de bio-óleo | pt_BR |
| dc.type | Tese | pt_BR |