Made available in DSpace on 2014-12-17T15:01:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GiselleSA.pdf: 952912 bytes, checksum: 583e1e7c4f17927714ce3fb3a4b8916d (MD5) Previous issue date: 2008-09-19 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / The production of biodiesel has become an important and attractive process for the production of alternative fuels. This work presents a study of the biodiesel production from coconut oil (Cocos nucifera L.), by two routes: direct transesterification using NaOH as catalyst and esterification (with H2SO4) followed by basic transesterification. The reactor was built in pirex with 1L of capacity and was equipped with a jacket coupled with a thermostatic bath to temperature control, a mecanical stirring is also present in the reactor. The analysis of oil composition was carried out by gas chromatography and esters compounds were identified. The parameters of molar ratio oil/alcohol, reaction time and temperature were studied and their influence on the conversion products was evaluated using experimental planning (23). The molar ratio was the most significant variable by the statistical planning analysis. Conversions up to 85.3% where achived in the esterification/transesterification, with molar ratio 1:6 at 60?C and 90 minutes of reaction. For the direct transesterification, route conversions up 87.4% eas obtained using 1:6.5 molar ratio at 80?C and 60 minutes of reaction. The Coconut oil was characterized by their physic chemical properties and key constituents of the oil. The lauric acid was the main constituint and the oil showed high acidity. The biodiesel produced was characterized by its main physicochemical properties, indicating satisfactory results when compared to standard values of National Petroleum Agency. The work was supplemented with a preliminary assessment of the reaction kinetic / A produ??o de biodiesel tem se tornado um processo atrativo visando o est?mulo na produ??o de combust?veis alternativos. Este trabalho apresenta resultados do estudo da produ??o de biodiesel a partir de ?leo de coco (Cocos nucifera L.), atrav?s de duas rotas: transesterifica??o direta utilizando o NaOH como catalisador e cat?lise ?cida (com H2SO4) seguida de transesterifica??o b?sica. O reator utilizado foi constru?do de vidro pirex de aproximadaente 1L, enjaquetado, com tr?s sa?das, onde foi introduzido um agitador mec?nico e acoplado um banho termostatizado para controle da temperatura. A determina??o da composi??o do ?leo e identifica??o dos ?steres foi feita atrav?s de cromatografia gasosa. Foi avaliado o efeito das vari?veis: raz?o molar ?leo/?lcool, tempo de rea??o e temperatura sobre a convers?o atrav?s de um planejamento experimental 23 com ponto central em triplicata para cada rota analisada. A vari?vel raz?o molar foi a que exerceu maior efeito como resultado da an?lise do planejamento estat?stico. Na rota 1 (cat?lise ?cida seguida de cat?lise b?sica) a m?xima convers?o alcan?ada foi de 85,3% para uma raz?o molar de 1:6, temperatura de 60?C e tempo de rea??o de 90 minutos. Na transesterifica??o b?sica direta, a m?xima convers?o alcan?ada foi de 87,4% para uma raz?o molar de 1:6,5, temperatura de 80?C e tempo de rea??o de 60 minutos. O ?leo de Coco foi caracterizado em rela??o as suas propriedades fisico-qu?micas e principais constituintes presentes no ?leo. O ?cido l?urico foi seu principal componente e o mesmo apresentou elevada acidez. O biodiesel produzido foi caracterizado em rela??o as suas principais propriedades f?sico-qu?micas que apresentaram resultados bastante satisfat?rios quando comparados com os valores estabelecidos pelas normas da Ag?ncia Nacional do Petr?leo. O trabalho foi complementado com uma avalia??o preliminar da cin?tica da rea??o

O biodiesel é definido como um mono alquil éster de ácidos graxos de cadeia longa derivado de fontes renováveis tais como óleos vegetais e gorduras animais. Sua importância está associada ao uso como um combustível alternativo para motores do ciclo Diesel. É obtido através da reação de transesterificação nas quais os triacilglicerídeos (óleo ou gordura) reagem com o álcool, em presença de um catalisador ácido ou básico, produzindo ésteres de ácidos graxos e glicerol. Esta transesterificação pode ser por catálise homogênea ou heterogênea, dependendo do tipo de catalisador. O grande desafio da indústria é encontrar os parâmetros ideais desse processo a fim de alcançar um produto e uma rota de produção tecnologicamente eficiente e que seja ambientalmente correta. Nesta dissertação, estudou-se a síntese do biodiesel a partir da transesterificação do óleo de soja por catálises homogênea e heterogênea. Foram realizadas reações de transesterificação por rotas metílica e etílica, empregando os catalisadores homogêneos (hidróxido de potássio e ácido sulfúrico) e heterogêneos [resinas comerciais de troca iônica (Amberlyst 15, Amberlyst 26 e Lewatit VPOC 1800)]. Estudou-se o efeito da variação do tipo e da percentagem de catalisador, razão molar álcool/óleo, temperatura e tempo de reação. As reações foram conduzidas em um reator de vidro, a pressão atmosférica e a conversão foi avaliada pela massa do produto, análises de espectrometria na região do infra-vermelho (FTIR) e de espectrometria de ressonância magnética nuclear de 1H (RMN1H). Na catálise homogênea, observaram-se rendimentos acima de 95 % com 1 % de KOH em todas as proporções metanol/óleo à temperatura ambiente. Com etanol, o máximo atingindo foi de 82 % de ésteres na razão molar 6:1. Na catálise ácida homogênea, os rendimentos foram menores, atingindo o máximo de 81 % de conversão, com 3 % de ácido sulfúrico, razão metanol/óleo 12/1, 50 C, por 3h. Nas reações aplicando as resinas de troca iônica, a melhor condição de reação encontrada foi com a utilização da Amberlyst 26, percentagem molar de 12,5 % (de grupos funcionais da resina em relação ao óleo), obtendo-se 100 % de conversão em ésteres com metanol, por 8 h de reação, a 65 C e agitação 300 rpm. Com a Amberlyst 15, o máximo atingido foi de 13 % de rendimento, utilizando metanol, 50 % de resina, a 65 C e por 8 h. Com a VPOC, não foram obtidos resultados significativos. Estes testes provam a viabilidade do uso da resina de troca iônica básica como um potencial catalisador para a produção de biodiesel. / Biodiesel is defined as a mono alkyl ester of fatty acids of long chain derived from renewable sources such as vegetable oils and animal fats. Its importance is related to the use as an alternative fuel for diesel cycle engines. The biodiesel could be obtained by the transesterification reaction in which triacylglycerides (oil or grease) react with alcohol in the presence of an acid or base catalyst to produce esters of fatty acids and glycerol. Such transesterification can be carried out by homogeneous or heterogeneous catalysis, depending on the type of catalyst. The major challenge is to find the ideal parameters of this process in order to achieve a technologically efficient product and route of production environmentally friendly. In this work, we studied the synthesis of biodiesel from transesterification of soybean oil employing homogeneous or heterogeneous catalyses. Transesterification reactions by methanol and ethanol routes were carried out using the homogeneous catalysts (potassium hydroxide and sulfuric acid) and heterogeneous [ion-exchange commercial resins (Amberlyst 15, Amberlyst 26 and Lewatit VPOC 1800)]. We studied the effect of varying the type and percentage of catalyst, molar ratio alcohol/oil, temperature and reaction time. The reactions were conducted in a glass reactor, atmospheric pressure and the conversion was evaluated by the product mass, analysis of spectrometry in the infrared region (FTIR), and 1H nuclear magnetic resonance spectroscopy (1H NMR). In homogeneous catalysis, yields above 95% with 1% KOH at any ratio methanol/oil at room temperature were achieved. With ethanol, the maximum conversion achieved was 82% ester at a molar ratio of 6:1. In homogeneous acid catalysis, the yields were lower, reaching a maximum of 81% conversion, with 3% sulfuric acid, methanol/oil ratio of 12/1, at 50 C for 3 h. In the reactions where ion exchange resins were applied, the best reaction condition was found with the use of Amberlyst 26, molar percentage of 12.5% (functional groups of the resin in relation to oil), obtaining 100% conversion esters with methanol for 8h-reaction at 65C and agitation at 300 rpm. With Amberlyst 15, the maximum reached was 13% yield, using methanol, 50% resin at 65 C for 8 h. No significant results were obtained with VPOC resin. These results prove the feasibility of using basic ion-exchange resin as a potential catalyst for the production of biodiesel.

A possibilidade de utilização de várias matérias graxas na produção do biodiesel nacional é um fator diferencial em relação aos outros países e requer um conhecimento mais profundo das particularidades do biodiesel obtido a partir de matérias-primas tão distintas. Neste contexto, se insere a presente pesquisa, em que se buscou estabelecer correlações entre algumas propriedades do biodiesel e a fonte oleaginosa que lhe deu origem. O biodiesel foi obtido a partir da reação de transesterificação etílica de dez diferentes matérias-primas graxas (óleos refinados de soja, arroz, canola, girassol, milho, oliva, cyclus (mistura contendo óleos de canola, milho e girassol); óleos brutos de mamona e murumuru, além de resíduo de fritura), utilizando etanolato de potássio como agente catalítico, em um reator com sistema de refluxo a 70C durante uma hora. Após purificação, foram determinadas algumas propriedades do biodiesel (massa específica, viscosidade, índice de acidez e índice de iodo) e da matéria-prima (massa específica, viscosidade, índice de acidez, índice de iodo e composição) que lhe deu origem. Os resultados obtidos nas caracterizações geraram gráficos de correlações entre os diversos parâmetros e os dados foram analisados estatisticamente pelo método de correlações canônicas. Para todas as amostras de biodiesel, os valores obtidos nas caracterizações foram compatíveis com as especificações estabelecidas pela ANP para o produto, com exceção do biodiesel de murumuru (índice de acidez elevado e viscosidade baixa) e do biodiesel de mamona (viscosidade e massa específica elevadas). Os dados estatísticos demonstram altas correlações entre o biodiesel (massa específica (87,4%), viscosidade (98,5%) e índice de acidez (82,8%)) e as matérias-primas (massa específica (92,1%) e viscosidade (99,3%)). Além disso, existe uma grande correlação entre o índice de iodo (84,5%) do biodiesel e o índice de iodo (77,2%) e a massa molar dos ésteres na faixa de C16-C18 (MMTG) presentes na matéria-prima (89,1%). Estes resultados estatísticos ratificam as observações analíticas / National biodiesel production using any fatty substance and its availability puts Brazil in a distinct position in relation to others countries and requires a deep knowledge of the obtained biodiesel particularitities. The aim of this research is to establish correlations of some biodiesel properties and fatty raw materials. Biodiesel was obtained from the ethylic transesterification reaction of ten different fatty raw materials (waste frying oil; refined oils: soybean, rice, rapeseed, sunflower, corn, olive, cyclus (a mixture of rapeseed, corn and sunflower oils) and crude oils: mamona and murumuru), using potassium ethanolate as catalytic agent, in a reflux reactor system at 70C for one hour. After purification, some biodiesel physical-chemical properties and raw materials were determined. For all biodiesel samples, the obtained values were in agreement to the specifications established by ANP, except for biodiesel obtained from murumuru (high acid value and low viscosity) and from mamona (high viscosity and density). These data were also used in order to stablish graphical correlations of different parameters. Some of these correlations were confirmed by statistical method of canonical correlations analysis which demonstrate high correlations of the following properties: density (87.4%), viscosity (98.5%) and acid value (82.8%) of biodiesel, and density (92.1%) and viscosity (99.3%) of raw materials. Moreover, the results showed high correlations exist between the iodine value (84.5%) of biodiesel and the iodine value (77.2%) and the molar weight of esters in the C16-C18 range (MMTG) of the raw material (89.1%)

O biodiesel é definido como um mono alquil éster de ácidos graxos de cadeia longa derivado de fontes renováveis tais como óleos vegetais e gorduras animais. Sua importância esta associada ao uso como um combustível alternativo para motores do ciclo Diesel podendo ser utilizado puro ou em misturas com o diesel representando economia de petróleo e menor poluição ambiental. Em geral é obtido por meio da reação de transesterificação na qual os triacilgliceróis, principais constituintes dos óleos e gorduras reagem com álcool, em presença de um catalisador ácido ou básico, produzindo ésteres de ácidos graxos e glicerol. A transesterificação pode ser conduzida por catálise homogênea ou heterogênea. O grande desafio da indústria é otimizar o processo a fim de alcançar um produto e uma rota de produção tecnologicamente eficiente e ambientalmente correta. O objetivo desta pesquisa foi estudar a síntese do biodiesel utilizando o processo de transesterificação do óleo de girassol por catálises homogênea e heterogênea. Foram realizadas reações de transesterificação via rotas metílica e etílica, empregando como catalisador homogêneo alcóxido de potássio e como catalisador heterogêneo a resina comercial de troca iônica Amberlyst 26 / Biodiesel is defined as a long-chain mono alkyl (methyl, ethyl or propyl) ester of fat acids obtained from renewable sources, like vegetable oil and animal fat. It has been used as an alternative fuel of Diesel cycle engines. It can be used blended with diesel oil or in the pure form, decreasing the use of petroleum derivates, resulting in a less environmental pollution, diminishing the green house effect. Biodiesel is obtained by transesterification reactions (alcoholysis of triglycerides with ethanol or methanol) of triacylglycerides, the main constituents of oil and fats, with alcohols and acids or alkalines catalysts. The main obtained products are the esters of fat acids and glycerol. The transesterification can be carried out under homogeneous or heterogeneous catalysis systems. The industry biggest challenge is to create a technological synthetic route that produces a pure product without causing a major environmental pollution. The aim of this work was to obtain sunflower biodiesel by transesterifications reactions carried out under homogeneous and heterogeneous catalysts. The transesterification reactions were performed by methyl and ethyl route, using as homogeneous catalysts, potassium hydroxide and as heterogeneous catalysts the ion exchange commercial resin Amberlyst 26

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Nos últimos anos, a busca por fontes de energia renováveis e o desenvolvimento de novas tecnologias para a produção de biocombustíveis têm sido objeto de intensa investigação. O biodiesel é um combustível biodegradável, derivado de fontes renováveis e é obtido em escala industrial principalmente através da reação de transesterificação de óleos vegetais e/ou gorduras animais com metanol na presença de catalisadores homogêneos, como NaOH. Entretanto, a utilização de catalisadores heterogêneos tem sido sugerida por diversos autores, por apresentar vantagens como a eliminação dos problemas de separação e purificação dos produtos obtidos. No presente trabalho foi investigada a produção de biodiesel a partir da transesterificação do óleo de soja com metanol utilizando óxidos mistos de Zn e Al como catalisadores sólidos básicos. A influência das variáveis: temperatura, concentração de catalisador e relação molar metanol/óleo de soja na produção de biodiesel foi avaliada. Os catalisadores preparados apresentaram predominantemente sítios básicos e foram ativos frente à reação estudada, sendo os resultados mais promissores apresentados pelo óxido misto com relação molar Al/(Al+Zn)=0,50, obtido por tratamento térmico à 450C, que apresentou rendimentos em ésteres metílicos de até 98,5% sob condições específicas. A metodologia da superfície de resposta foi utilizada visando estabelecer as condições ótimas para maximizar o rendimento em ésteres metílicos, tendo sido encontradas a temperatura de 165oC e a concentração de catalisador de 5,8% m/m em relação massa de óleo, no caso da relação molar metanol/óleo de soja limitada em 15. Essa limitação teve como objetivo garantir um processo viável em escala comercial / Recently the search for renewable energy sources and new technologies for biofuel production have become the aim of several researches. Biodiesel is a biodegradable fuel, derived from renewable sources, and produced in industrial scale, mainly by the transesterification reaction of vegetable oils and/or animal fats with methanol, in the presence of homogeneous catalysts, such as NaOH. However the use of heterogeneous catalysts has been suggested by several authors, due to their great advantages, such as the elimination of separation problems and purification of the products. In the present work, the production of biodiesel from transesterification of soybean oil with methanol, using Zn,Al-mixed oxides as solid basic catalysts, was investigated. The influence of variables such as temperature, concentration of catalyst and methanol/soybean oil molar ratio on biodiesel production was evaluated. The catalysts prepared showed predominantly basic sites and were active for the studied reaction; and the most promising results, presented by the mixed oxide with Al/(Al + Zn) molar ratio = 0.50 obtained by heat treatment at 450C, showed methyl esters yields of up to 98.5%, under specific conditions. The response surface methodology was used to establish the optimum conditions to maximize methyl esters yield. Reaction temperature of 165oC and catalyst concentration of 5.8 wt% referred to mass of oil using methanol/soybean oil molar ratio limited by 15 were the optimum experimental conditions. This limitation had the goal to guarantee a viable commercial scale

Made available in DSpace on 2015-05-14T13:21:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 2232286 bytes, checksum: 71edf4709cd41125651e3890fba4065b (MD5) Previous issue date: 2009-05-18 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The present work aims at investing the biodiesel obtained from the transesterification of sunflower oil by means of alkaline catalysis using 30% of ethyl alcohol, 1% KOH for each 100g of oil and (1:6) oil/alcohol molar ratio. The overall content of ethyl esters (99.72%) was determined by gas chromatography coupled to mass spectrometer, confirm the efficiency of the purification process carried out after the biodiesel synthesis. In the physico-chemical analyses, the results obtained complied with the standards allowed by the Technical Regulation No. 7 from the Brazilian National Agency of Petroleum, Natural Gas and Biofuels (ANP). Thermal analyses were carried out with sunflower oil, diesel, sunflower ethanol biodiesel (B100) and its biodiesel/diesel blends, with proportion of 5, 15, 20, 25 and 50% biodiesel, employing the heating rate of 10 °C.min-1 in atmospheres of air and nitrogen, with runs up to 600 °C. The thermal decomposition of the samples was studied from the TG curves, aiming at assessing the order of thermal stability of the samples. The antioxidants α-tocopherol, BHT and TBHQ were added to the biodiesel samples aiming at assessing their efficiency in improving the thermo-oxidative stability of biodiesel. The techniques of pressure differential scanning calorimetry (PDSC) and Rancimat, revealed that the most indicated antioxidants for the storage of the ethanol sunflower oil biodiesel are BHT and TBHQ. However, even showing an antioxidant activity when added to the ethanol sunflower oil biodiesel, BHT was not efficient enough to increase the induction period to the minimum value of 6 hours at 110 ºC, as determined by ANP. The kinetic parameters of activation energy (Ea) and pre-exponential factor (A) were determined utilizing the Arrhenius equation, from data obtained in the isothermal thermogravimetric curves. / O presente trabalho buscou investigar o biodiesel. O mesmo foi proveniente da transesterificação do óleo de girassol, via catálise básica, utilizando-se 30% de álcool etílico, 1% de KOH para cada 100 g de óleo, razão molar óleo/álcool (1:6). O teor total de ésteres etílicos de 99,72% determinado na cromatografia gasosa acoplada a espectroscopia de massa, confirma a eficiência do processo de purificação após a síntese do biodiesel. Nas análises físico-químicas, os resultados obtidos estavam dentro dos limites permitidos pelo Regulamento Técnico nº 7 da Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis. As análises térmicas foram realizadas com o óleo de girassol, diesel, biodiesel etílico de girassol (B100) e suas misturas biodiesel/diesel nas proporções 5, 15, 20, 25 e 50%, na razão de aquecimento de 10 °C.min-1 em atmosferas de ar e nitrogênio, com aquecimento até 600 °C. Foram observadas as decomposições térmicas, das curvas termogravimétricas para verificar a ordem de estabilidade térmica. O estudo da adição dos antioxidantes α-tocoferol, butil-hidroxi-anisol (BHT) e t-butil-hidroquinona (TBHQ) no biodiesel foi realizado com o intuito de verificar a eficiência dos mesmos diante da sua estabilidade oxidativa. A Calorimetria Exploratória Diferencial Pressurizada (PDSC) e o Teste de Estabilidade Oxidativa Acelerada (Rancimat, Método EN 14112) revelaram que os antioxidantes mais indicados para o armazenamento do biodiesel etílico de girassol são o BHT e o TBHQ. Entretanto, ainda exercendo atividade como oxidante quando acrescido ao biodiesel etílico de girassol, o BHT não foi eficiente em elevar o período de indução a um valor mínimo de 6 h a 110 ºC, estabelecida pela ANP. Foram determinados os parâmetros cinéticos: energia de ativação (Ea) e o fator pré-exponencial (A), utilizando a equação de Arrhenius, a partir dos dados obtidos das curvas termogravimétricas isotérmicas.

A corrosão provocada pelo biodiesel é um problema relevante associado à incompatibilidade do biodiesel com diversos materiais metálicos e poliméricos, sendo de suma importância quanto à durabilidade dos motores automotivos. O objetivo deste trabalho foi avaliar a corrosividade do biodiesel sobre os metais presentes no circuito de combustível dos motores que trabalham segundo o ciclo diesel aplicando técnicas gravimétricas e eletroquímicas. Todos os ensaios foram realizados em biodiesel puro obtido pela reação de transesterificação do óleo de soja refinado com etanol na presença de um catalisador alcalino. Foi avaliada a influência de dois métodos de purificação na corrosividade do biodiesel. A corrosividade do biodiesel e a degradação após contato com os íons metálicos foram avaliadas bem como em função da incidência de luz natural, temperatura e disponibilidade de oxigênio. Os resultados foram comparados com um biodiesel comercial fornecido pela Petrobrás. Ensaios de perda de massa segundo as normas ASTM G1 e ASTM G31 foram realizados para determinar a taxa de corrosão para cada metal nas diferentes condições de incidência de luz e temperatura. Na caracterização eletroquímica foi empregada a técnica de espectroscopia de impedância eletroquímica para avaliar o comportamento de corrosão dos metais em contato com o biodiesel puro, sem adição de eletrólito suporte. A qualidade do biodiesel e a degradação após contato com metais foram avaliadas pelas medidas do teor de água, teor de ácidos livres, viscosidade e estabilidade à oxidação a 110 °C. Além disso, foram empregadas na caracterização química do biodiesel a cromatografia gasosa associada à espectrometria de massas, a espectroscopia vibracional Raman e a fluorescência de Raios-X. Alguns produtos de corrosão foram caracterizados por difração de Raios-X. Os resultados dos testes de imersão segundo ASTM G1 mostraram que a perda de espessura é levemente maior quando há incidência de luz e estes valores diminuem significativamente quando o biodiesel é exposto à alta temperatura em atmosfera natural de oxigênio. A inibição da corrosão provocada em temperatura mais elevada quando o biodiesel é exposto em atmosfera natural de oxigênio deve-se à redução da solubilidade de oxigênio no biodiesel provocada pela temperatura mais elevada. Os resultados dos testes segundo a ASTM G31 indicaram que o borbulhamento de ar que favorece a reposição constante de oxigênio no meio, favorece o aumento da velocidade de corrosão, afetando principalmente os metais parcial ou totalmente imersos em biodiesel. Os testes de imersão realizados nas diferentes condições de luz, temperatura e oxigênio permitiram concluir que a corrosividade do biodiesel e a resistência à corrosão apresentada pelos metais dependem de um conjunto de variáveis os quais incluem a composição do biodiesel (matéria prima empregada na sua obtenção), grau de purificação do biodiesel somado ao efeito provocado pelo conjunto de fatores externos, tais como, incidência da luz, calor, presença de íons metálicos e oxigênio. Os ensaios eletroquímicos por espectroscopia de impedância eletroquímica permitiram usar uma célula de condutividade com eletrodos de platina como sensor da qualidade do biodiesel, mas os resultados com dois eletrodos iguais e com grande área não permitiram quantificar a corrosividade do biodiesel, apenas a qualidade do biodiesel. Os poucos resultados com microeletrodo de platina indicaram a possibilidade de uso dessa técnica para avaliar os fenômenos na interface metal/biodiesel. / Corrosion caused by biodiesel is a relevant issue regarding the problem of biodiesel compatibility with various metallic and polymeric materials, which is extremely important to assure durability of engines. The objective of this study was to evaluate the corrosiveness of the biodiesel on the metals commonly encountered in the automotive fuel system in diesel engine by gravimetric and electrochemical techniques. The influence of two purification methods was investigated. The biodiesel corrosiveness and degradations after the contact with metallic ions were also evaluated in relation to the influence of natural light incidence, temperature and oxygen availability. The results were compared with a commercial biodiesel supplied by Petrobras. Immersion tests according to ASTM G1 and ASTM G31 standards were performed to determine the corrosion rate for each metal at different conditions. The electrochemical characterization was performed by electrochemical impedance spectroscopy (EIS) to evaluate the metals corrosion behavior in contact with pure biodiesel, without addition of supporting electrolyte. The biodiesel quality and degradation after contact with metals were evaluated by assessing water content, viscosity and oxidation stability at 110 °C. In addition, the vibrational Raman spectroscopy and X-ray fluorescence were also performed. Some of the corrosion products were characterized by X-ray diffraction. The results of ASTM G1 tests showed that the thickness loss for metals determined at room temperature is slightly higher when there is light incidence and these values significantly decrease for the highest temperature at low availability of oxygen. The main conclusion is that the significant reduction in corrosion rate when the biodiesel is exposed to high temperature (heat) in a natural atmosphere of oxygen (ASTM G1) should be assigned to the impressive decrease of oxygen solubility caused by high temperature. The results of ASTM G31 tests indicated that air bubbling along with higher temperature affects mostly partial or totally immersed samples. The increase of corrosion rate evidenced by the weight loss measurements according to ASTM G31 for different metals is attributed to the effect of high concentration of dissolved oxygen. The immersion tests showed that biodiesel corrosiviness as well as corrosion resistance presented by metals depends on a set of variables including composition (dependent on feedstock), biodiesel purity summed to external factors like incidence of light, heat, oxygen and presence of metallic ions. The degradation of biodiesel is strongly affected by heat, light and presence of metallic ions as evidenced by the increase in water content and viscosity as reduction in induction period and Raman peaks intensity decrease for assigned double bonds. The electrochemical characterization by EIS allowed finding that a classical conductivity cell can be used as an interesting quality of sensor for biodiesel quality, but the results with two similar electrodes and big exposed area could not evaluate the biodiesel corrosiveness. The potenciostatic tests performed for copper and carbon steel indicated that it is possible to evaluate both metals corrosion behavior in biodiesel and this is promising technique for this purpose and needs deeper investigation. The few results with a platinum microelectrode have indicated the possibility of using the technique to assess the metal/biodiesel interface phenomena.

Nesse trabalho foram produzidas lipases da levedura Pseudozyma hubeiensis (HB85A) em reator de 14 L. Após produção da enzima, a lipase foi imobilizada por adsorção em suporte hidrofóbico por processo contínuo em reator de leito fixo. As melhores condições de imobilização foram: tempo de imobilização de 2 h e 29 min., pH de 4,76 e quantidade de enzima livre adicionada por grama de suporte de 1282 U/ g de suporte, sendo que, a máxima atividade da lipase imobilizada obtida foi de 143 U/g de suporte. O sobrenadante contendo lipase e o biocatalisador heterogênio foram caracterizados por planejamento fatorial. A máxima atividade da enzima imobilizada (71 U/g de suporte) foi obtida em pH 6,0 à temperatura de 52 °C. A imobilização da lipase resultou em um aumento na estabilidade dessa enzima em temperaturas altas, pH ácidos e neutros, presença de detergentes não-iônicos e altas concentrações de solventes orgânicos como iso-propanol, metanol e acetona. Foi possível a reutilização da lipase imobilizada por apenas uma vez na reação de hidrólise, havendo uma perda de 72 % da atividade após o primeiro reuso. Analisou-se ainda a estabilidade da lipase livre e imobilizada durante 40 dias de armazenamento a 4 °C. Durante o período de armazenamento, a lipase imobilizada manteve 50 % de sua atividade original e a lipase livre apresentou 80 %. O catalisador heterogêneo foi testado quanto a sua eficácia na produção de biodiesel. A reação de transesterificação foi realizada na ausência de co-solvente utilizando-se como matérias-primas metanol, etanol e iso-propanol e quatro fontes diferentes de triglicerídeo (óleo de soja, óleo de mamona, óleo residual de restaurante e a gordura bovina). A partir dos testes realizados, obteve-se um rendimento máximo quanto à produção de biodiesel de 3,15 % utilizando-se óleo de mamona e iso-propanol como matéria-prima pelo período de 24 h. A produção de biodiesel utilizando diferentes quantidades de lipase imobilizada e também a lipase livre como catalisador foi testada na presença de hexano, iso-propanol e óleo de mamona pelo período de 24 h nas temperaturas de 40, 50 e 60 °C. No entanto, não houve produção de biodiesel nas condições analisadas. / In this work, lipases from yeast Pseudozyma hubeiensis (strain HB85A) were produced in a 14 L reactor. After lipase from yeast P. hubeiensis (strain HB85A) production, the enzyme was immobilized by adsorption in polyestyrene divinylbenzene hydrophobic support in a packet bed column. The best conditions for lipase immobilization were: 2 h and 29 min. immobilizing time, pH 4.76 and rate of free enzyme added per gram of support equal to 1282 U/g. The maximum activity of immobilized lipase was reached of 143 U/g. The lipases of P. hubeiensis (HB85A) supernatant culture and the heterogeneous catalyst were characterized through response surface methodology by factorial design. The maximum activity of immobilized lipase was reached for a support rate of 71 U/g, with pH 6.0 and temperature of 52 °C. It was detected that lipase immobilization increased enzyme stability under high temperatures, neutral and acid pH levels, non-ionic detergent and high concentration of organic solvent like iso-propanol, methanol and acetone. The reuse of immobilized lipase was possible only once for hydrolysis reaction, with activity losses of 72 % after first re-use. Also, it was tested lipase stability in a period of 40 days, under 4 °C storage conditions. During storage period, immobilized lipase kept 50 % of its original activity. Free lipase kept 80 %. After the development of heterogeneous catalyst, its efficiency as catalyst for biodiesel production was analyzed in this study. The transesterification reaction was tested in co-solvent absence using as raw material three differents sources of alcohols (methanol, ethanol and iso-propanol) and four differents triglicerides source (soybean oil, castor oil, waste cooking oil and bovine fat) and as catalystis the immobilized lipase. Based in test results, the maximum biodiesel production yield was 3.15 % using castor oil and methanol as raw material for 24 h. The biodiesel production was also tested with different amount of immobilized lipase and with free lipase as catalystis at the presence of methanol, castor oil and the co-solvent hexane for 24 h at 40, 50 e 60 °C. However there was no biodiesel production at the tested conditions.

Submitted by Irene Nascimento (irene.kessia@ufpe.br) on 2016-06-28T16:41:39Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) TESE DQF DEZ 2015 SÁVIO VERS FINAL.pdf: 3207378 bytes, checksum: e518f766136335c2e9c8b67935b79755 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-28T16:41:39Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) TESE DQF DEZ 2015 SÁVIO VERS FINAL.pdf: 3207378 bytes, checksum: e518f766136335c2e9c8b67935b79755 (MD5) Previous issue date: 2015-12-09 / Este trabalho investigou algumas propriedades das biomassas (sementes, cascas, grãos das sementes, óleos brutos e purificado, tortas de prensagem e da extração com hexano e biodiesel metílico do óleo) da Moringa oleifera Lamarck, partindo de suas vagens (frutos maduros), para aplicação energética. O óleo obtido dos grãos por prensagem mecânica teve média de 11,36% e 36,48% por extração com hexano. As biomassas da moringa apresentaram teores de umidade entre 0,06 e 10,86%, cinzas entre 0,07 e 5,61% e poderes caloríficos inferiores entre 15,87 e 37,53 MJ/kg, mostrando-se favoráveis como biocombustíveis renováveis. Os óleos brutos obtidos (por prensagem e por solvente) apresentaram os seguintes resultados: índice de saponificação (180,55 e 179,38 mgKOH/g), índice de iodo (68,93 e 70,71 gI2/100g), índice de acidez (8,85 e 20,54 mg KOH/g), índice de peróxido (3,34 e 5,42 meq O2/kg), teor de água (876,6 e 632,0 mg/kg), turbidez (64,1 e 12,6 NTU), massa específica (909,5 e 907,2 kg/m3 a 20 oC) e viscosidade cinemática (43,6 e 39,1 mm2/s a 40 oC), respectivamente. O óleo bruto misto (1:4) foi degomado, neutralizado, lavado e seco e depois de purificado, caracterizado em turbidez, massa específica, viscosidade cinemática e, principalmente, índice de acidez (0,25 mg KOH/g), índice de peróxido (não detectado) e teor de água (630,2 mg/kg), enquadrando-se nas condições de matéria-prima de biodiesel (máximos de 0,5 mg KOH/g no índice de acidez e 1000 mg/kg no teor de água). O óleo purificado foi convertido em biodiesel metílico em transesterificação alcalina homogênea, razão molar 1:6 (óleo:metanol), a 60 oC por 1 hora com KOH como catalisador e agitação mecânica de 300 rpm. O biodiesel purificado apresentou massa específica de 869 kg/m3 (20 oC), viscosidade cinemática de 5,5 mm2/s (40 oC), teor de éster de 86,2% e 98,23% (em microescala, ratificando a viabilidade do método de produção), índice de acidez de 0,43 mg KOH/g e teor de água de 615,8 mg/kg. As biomassas sólidas da moringa (sementes, tortas e cascas das sementes) apresentam alto potencial para produção de briquetes ou lenha ecológica devido ao seu valor do poder calorífico inferior (entre 15,87 e 23,31 MJ/kg) e tecnologia produtiva simples e acessível. Os resultados mostram que a moringa é uma planta facilmente explorável como energética sustentável, especialmente partindo-se das suas vagens e sementes. / This work investigated some properties of the biomasses (seeds, seed husks, oilseed grains, crude and purified oils, cakes by pressing and by hexane extraction and the methylic biodiesel oil) of Moringa oleifera Lamarck, starting with its seedpods (ripe fruits), in energetic application. The oil obtained from the grains by mechanical pressing had an average yield of 11.36% and of 36.48% by hexane extraction. The moringa biomasses presented water content between 0.06 and 10.86%, ash content between 0.07 and 5.61%, and calorific values between 15.87 and 37.53 MJ/kg, being suitable as renewable biofuels. The crude oils obtained (for mechanical pressing and for by solvent extraction) presented the results: saponification índex (180.55 and 179.38 mgKOH/g), iodine value (68.93 and 70.71 g I2/100g), acidity index (8.85 and 20.54 mg KOH/g), peroxide índex (3.34 and 5.42 meq O2/kg), water content (876.6 and 632.0 mg/kg), turbidity (64.1 and 12.6 NTU), specific mass (909.5 and 907.2 kg/m3) and kinematic viscosity (43.6 and 39.1 mm2/s), respectivelly. The mixed crude oil (1:4) was refined in four steps: degumming, neutralization, washing and drying, and after purified, was characterised by turbidity, specific mass, kinematic viscosity and, especially, acidity index (0.25 mg KOH/g), peroxide index (not detected) and water content (630.2 mg/kg), adequate in feedstock of biodiesel (maxim of 0.5 mg KOH in acidity index and 1000 mg/kg in water content). The purified oil was converted to methylic biodiesel by homogeneous alkaline transesterification, molar ratio 1:6 (oil:methanol), at 60 °C for 1 hour with KOH as catalyst and mechanical stirring at 300 rpm. The purified biodiesel presented specific mass of 889 kg/m3 (20 oC), kinematic viscosity of 5.5 m2/s (40 oC), ester content of 86.2% and 98.23% (in microscale, ratifying the viability of the method of production), acidity index of 0.43 mg KOH/g and water content of 615.8 mg/kg. The solid moringa biomasses (seeds, cakes and the seed husks) show high potential for the production of briquettes or ecological firewood due to their adequate lower calorific value (between 15.87 and 23.31 MJ/kg) and simple and accessible technological production. The results show that moringa is an easily exploitable plant for sustainable energy, especially its seedpods and seeds

Biofuels stand out as an alternative to stop the current process of climate change caused by high greenhouse gas emissions. Biodiesel is figure as a renewable source of expansion in Brazil, which an important parameter is the type of applied catalysis, a key point for both kinetic and economic aspects regarding production costs. The aim of this study is the application of magnetic ceramics with catalytic potential for biodiesel production. The magnetic ceramics tested were: NiFe2O4, Ni0,5Zn0,5Fe2O4, Ni0,5Cu0,5Fe2O4 and Ni0,5Co0,5Fe2O4 which were characterized regard the morphology, texture, thermal and magnetic structure. The results pointed that the ceramic showed the characteristic inverse spinel phase, with a crystallite size of 20-93 nm and the chemical composition of the oxides in agreement with the expected stoichiometry. It was observed that doping with Zn2+ and Cu2+ in the NiFe2O4 sample did not change the morphology, and it consists of large agglomerates in the form of irregular blocks, non-porous and fragile aspect except the sample doped with Co2+ which showed dense blocks with formation of irregular pre-sintered particles. All samples showed the characteristic behavior of soft ferromagnetic materials, however, the ferrite containing Zn2+ and containing Cu2+ showed an increase in 5 times in saturation magnetization and a decrease in coercivity about 72 and 61% respectively, when compared to the NiFe2O4. The samples had surface area values of 32.6 to 83.7 m2.g-1, the classification of pores in the mesoporous range, exhibit good thermal stability and indicated by low weight loss during thermogravimetric analysis. The catalytic tests showed catalytic activity around 10% in the transesterification reaction conditions proposed. In the esterification samples showed promising results, the highest conversion was observed for obtaining ceramic Ni0,5Zn0,5Fe2O4 about 15% within 1 hour of reaction. The catalytic activity both in transesterification as for esterification may be related to the low acidity of lewis sites in these materials, in addition to the restrictions on conversion of the products by the reactants diffusion hindrance in the internal structure. However, it was found that ceramics doped with Zn2+ ions had larger diameter portion (12.06 nm), which probably contributed to the satisfaction of fames of obtaining methyl estes of fatty acids (FAMEs). / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Os biocombustíveis se destacam como uma alternativa para deter o atual processo de mudança climática causada pela elevada emissão de gases poluentes. O biodiesel figura-se como uma fonte renovável em expansão no Brasil, onde um parâmetro importante é o tipo da catálise aplicada, sendo um ponto chave tanto para aspectos cinéticos quanto aos econômicos no que tange custos de produção. O objetivo desse estudo é a aplicação de cerâmicas magnéticas com potencial catalítico para produção de biodiesel. As cerâmicas magnéticas testadas foram: NiFe2O4, Ni0,5Zn0,5Fe2O4, Ni0,5Cu0,5Fe2O4 e Ni0,5Co0,5Fe2O4 as quais foram caracterizadas quanto a estrutura morfológia, textural, térmica e magnética. Os resultados mostraram que as cerâmicas apresentaram a fase característica do espinélio inverso, com tamanho de cristalito entre 20 - 93 nm, e composição química dos óxidos em concordância com a estequiometria prevista. Observou-se que a dopagem com Zn2+e Cu2+ a amostra NiFe2O4 não alterou a morfologia, sendo constituída por aglomerados grandes, na forma de blocos irregulares, não porosos e de aspecto frágil, exceto a amostra dopada com Co2+ que apresentou blocos densos irregulares com formação de partículas pré-sinterizadas. Todas as amostras apresentaram comportamento característico de materiais ferrimagnéticos moles, contudo, a ferrita que contém Zn2+ e a que contém Cu2+, apresentaram aumento na ordem de 5 vezes na magnetização de saturação e redução na coercitividade cerca de 72 e 61% respectivamente, quando comparado com a NiFe2O4. As amostras apresentaram valores de área superficial entre 32,6-83,7 m2.g-1, com classificação dos poros na faixa mesoporosa, apresentam também boa estabilidade térmica indicada pela baixa perda de massa durante a análise termogravimetrica. Os testes catalíticos revelaram atividade catalítica em torno de 10% na transesterificação nas condições reacionais propostas. Na esterificação as amostras mostraram resultados promissores, sendo a maior conversão observada para a cerâmica Ni0,5Zn0,5Fe2O4 obtendo cerca de 15% em até 1 hora de reação. A atividade catalítica tanto em transesterificação quanto em esterificação pode estar relacionada à baixa acidez dos sítios de Lewis nestes materiais, além da restrição na conversão dos produtos por impedimento de difusão dos reagentes na estrutura interna. Contudo, verificou-se que a cerâmica dopada com íons Zn2+ apresentou maior diâmetro de poro (12,06 nm) o que possivelmente contribuiu de forma satisfatória na obtenção de estéres metílicos de ácidos graxos (FAMEs).