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Authors: Raia, Rodrigo Zunta
Orientador: Pedro Augusto Arroyo
Title: Esterificação e transesterificação simultâneas de óleo de Jatropha curcas L. utilizando o catalisador zircônia sulfatada
Other Titles: Simultaneous esterification and transesterification using Jatropha curcas L. oil with sulfated zirconia catalyst
Banca: Andrelson Wellington Rinaldi - UEM
Banca: Nehemias Curvelo Pereira - UEM
Keywords: Biodiesel;Estereficação;Transesterificação;Zircônia sulfatada;Ésteres etílicos;Brasil.;Esterification;Transesterification;Sulfated zirconia;Ethyl esters;Biodiesel;Brazil.
Issue Date: 2014
Publisher: Universidade Estadual de Maringá
Resumo: Na presente dissertação o catalisador zircônia sulfatada foi sintetizado para a promoção da reação de esterificação e transesterificação simultâneas do óleo bruto de Jatropha curcas L. (pinhão manso). A caracterização do óleo de Jatropha curcas L. indicou uma composição em ácidos graxos contendo, predominantemente, ácido oleico (41,71%) e linoleico (36,42%), além de um índice de acidez de 13,99 ± 0,04 mg KOH g-1 (7,03% em ácido oleico). A síntese do hidróxido de zircônio foi realizada com a variação do pH de precipitação da solução sol-gel em 6, 7 e 8. O processo de sulfatação ocorreu por meio de solução 0,5 mol L-1 de H2SO4 e, finalmente, a calcinação do material foi realizada em forno mufla. Sintetizou-se também uma amostra de óxido de zircônio, por simples calcinação do material precursor. As análises de DRX mostraram que na zircônia sulfatada, a intensidade da fase tetragonal está diretamente ligada ao pH final de síntese da solução sol-gel , de modo que a amostra sintetizada a pH mais elevado (SZ8) apresentou maior intensidade da fase tetragonal (86,94%), quando comparada com as amostras sintetizadas a pHs inferiores, SZ7 (78,67%) e SZ6 (66,01%). A fisissorção de N2 mostrou que a amostra SZ8 apresentou área específica de 65,8 m2 g-1, a maior dentre as analisadas e que a variação do pH de síntese pouco influenciou na distribuição do tamanho dos poros, pois todas as amostras sintetizadas pelo método de precipitação apresentaram característica mesoporosa. De acordo com as análises de TPD-NH3, há uma inter-relação entre a intensidade da fase tetragonal e a acidez total das amostras sulfatadas, uma vez que a acidez total foi proporcional à porcentagem da fase tetragonal. As análises de FTIR demonstraram que todas as amostras apresentam bandas características relacionadas à hidratação (3000-3600 cm-1) e à ligação Zr-O (500-750 cm-1), e que as amostras sulfatadas apresentaram bandas localizadas entre as regiões de 1000-1400 cm-1 indicando a presença de sulfato. Os testes catalíticos demonstraram que a acidez total do catalisador influencia no rendimento em ésteres etílicos da reação de esterificação e transesterificação simultâneas do óleo de Jatropha curcas L., de modo que, quando obtidos para as amostras SZ8 (59,4%), SZ7 (43,7%) e SZ6 (37,4%) se apresentaram superiores em relação ao obtido pela reação não catalítica (29,7%). Para as reações de esterificação do ácido oleico e transesterificação do óleo de Jatropha curcas L. neutralizado, com a amostra SZ8, também comprovou-se que a acidez do catalisador influencia no rendimento em ésteres etílicos comparando as reações de esterificação catalítica (81,3%) e não catalítica (53,1%) e transesterificação catalítica (48,8%) e não catalítica (5,00%). Nos testes utilizando óleo de Jatropha curcas L. com diferentes teores de ácidos graxos livres, o mesmo pode estar influenciando diretamente no mecanismo de reação, de modo que a etapa de esterificação ocorre inicialmente e de forma acelerada, seguida pela etapa de transesterificação dos triacilglicerídeos e reações secundárias (craqueamento térmico/catalítico seguido por esterificação dos ácidos graxos e hidrólise dos triacilglicerídeos seguida de esterificação dos ácidos graxos) conduzindo a estabilidade do rendimento em ésteres etílicos.
Abstract: In this study sulfated zirconia catalyst was sintethesized to promove simultaneous esterification and transesterification reaction from Jatropha curcas L. crude oil. The physicochemical oil characterization shows that the fatty acids composition has mainly oleic acid (41.71%), linoleic acid (36.42%) and an acidity of 13.99 ± 0.04 mg KOH g-1 (7.03% in oleic acid). The zirconium hydroxide synthesis was made ranging up pH of precipitation of sol-gel solution for 6, 7 and 8; after was made sulfation process using 0.5 mol L-1 sulfuric acid solution and finally was made the matter calcination using muffle. Also did the synthesizing of zirconium oxide sample using simple calcination of precursor material to show the influence of synthesis method at sample characteristics. Analyses of X-ray diffraction shows that, at sulfated zirconia the intensity of tetragonal phases is directly connected to final pH of synthesis from sol-gel solution in zirconium hydroxide such the sample synthesized using higher pH (SZ8) has higher intensity of tetragonal phase (86.94%) comparing to synthetized samples with lower pHs: SZ7 (78.67%) and SZ6 (66.01%). The N2 physisorption analyses show that the sample SZ8 has 65.81 m2 g-1 BET surface area, biggest than the all analyzed samples. The technique used shows also that, pH of synthesis variation have a light influence on pore size distribution; therefore, all samples have mesoporous characteristics. The TPD-NH3 analyses show that have an interrelationship between intensity of tetragonal crystalline phase and total acidity of sulfated samples, whereas, the total acidity is proportional to the percentage of tetragonal phase. The FTIR analysis shows that all samples have characteristics bands between 3000-3600 cm-1 for hydration and 500-750 cm-1for Zr-O connection. In addition, bands of 1000-1400 cm-1 are assigned of sulfur presence in sulfated zirconia. The catalytic tests showed that acidity of catalyst affects the ethyl esters yield for the Jatropha curcas L. oil simultaneous esterification and transesterification reaction, whereas, ethyl esters yield to SZ8 (59.4%), SZ7 (43.7%) and SZ6 (37.4%) samples were higher than non-catalytic reaction (29.7%) with ethyl esters yield. The results of the esterification of oleic acid and transesterification of neutralized Jatropha curcas L. oil also proof the influence of acidity catalyst on ethyl esters yield comparing to catalytic esterification (81.3%), non-catalytic esterification (53.1%), catalytic transesterification (48.8%) and non-catalytic transesterification (5.0%). At the catalytic tests using Jatropha curcas L. oil with different free fatty acids content, the results suggests that free fatty acids can directly influence the reaction mechanism so, esterification stage happen early and rapidly followed by triacylglyceride transesterification reaction and side reactions (thermal/catalytic cracking followed by esterification of fatty acid and hydrolysis of triglyceride and finally esterification of fatty acid), those reactions happens and induce the reaction to achieve equilibrium.
URI: http://repositorio.uem.br:8080/jspui/handle/1/4353
Appears in Collections:2.4 Dissertação - Ciências de Tecnologia (CTC)

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