O presente trabalho teve como objetivo verificar a potencialidade do óleo de macaúba como matéria-prima para síntese de biodiesel pela rota enzimática. Utilizou-se como proposta a transesterificação do óleo de macaúba com etanol mediada pela enzima lipase em fluxo contínuo empregando reator de leito fixo, visando obter amostras de biodiesel com propriedades adequadas à sua utilização como biocombustível. A enzima selecionada para desenvolvimento experimental foi a lipase microbiana de Burkholderia cepacia imobilizada em suporte híbrido não comercial (SiO2-PVA). Foram testados reatores de leito fixo de um estágio e dois estágios. A primeira etapa do trabalho foi direcionada para testes visando avaliar a influência da razão entre a altura (l) e o diâmetro (d) do reator de leito fixo na etanólise do óleo de macaúba. As reações foram operadas continuamente por 20 dias, utilizando óleo: etanol numa razão molar de 1:12 na ausência de solvente e tempo espacial de 14h. Dois reatores foram testados: Reator A (l = 55 mm e d = 15 mm) e Reator B (l = 210 mm e d = 14 mm), apresentando relação geométrica (l/d) de 3,7 e 15, respectivamente. Os dados obtidos indicaram influência das dimensões da coluna empacotada na produção de biodiesel e nas condições testadas, a maior razão altura/ diâmetro não interferiu na transferência de massa do fluido através da coluna. O melhor desempenho foi obtido no sistema experimental que empregou o reator B, atingindo 89,7 ± 4,8% de rendimento e 40,4 ± 2,2 mgéster.gmeio -1.h--1 de produtividade. Na sequência o trabalho foi direcionado para a execução de testes empregando reatores de leito fixo (Reator B) duplo estágio incorporando uma coluna empacotada com resina catiônica (Lewatit® GF 202) para remover o glicerol formado e proporcionar um incremento na formação de ésteres de etila em relação ao primeiro estágio. O desempenho do reator foi avaliado para diferentes tempos espaciais (10 a 16h), mantendo fixas as demais condições operacionais (substrato constituído de óleo de macaúba e etanol na razão molar óleo: etanol de 1:12 e temperatura de 50 ºC). O funcionamento do sistema foi comprovado quantitativamente para tempos espaciais no sistema igual a 16h, resultando em valores médios de produtividade de 36,7 ??2,4 mgéster.gmeio -1.h-1com perdas mínimas de matéria-prima (rendimento de transesterificação = 96,3 ??2,1%), sem redução de eficiência durante 25 dias de operação. As amostras de biodiesel purificadas apresentaram baixos teores de monoacilgliceróis (3,8%) ausência de diacilgliceróis e viscosidade cinemática média de 5,8 ± 0,3 mm2.s-1, atendendo as normas vigentes pela resolução ANP n°14/2012, que estabelece viscosidade cinemática do B100 na faixa entre 3,0 - 6,0 mm2.s-1. O biocatalisador foi estável quanto suas características morfológicas e catalíticas, revelando tempo de meia-vida de 423 h. Desta forma, a configuração do sistema reacional constituído por reator de leito fixo duplo estágio com a remoção simultânea de glicerol tem grande potencial para atingir elevado rendimento de transesterificação, aumentando a produtividade de biodiesel e consequentemente diminuindo o custo do processo industrial. Em geral, os resultados foram promissores e mostraram o potencial do óleo de macaúba para ser usado como matéria-prima para a produção de biodiesel em fluxo contínuo. / The present study aimed at assessing the potential of macaw palm oil as a raw material for the synthesis of biodiesel by enzymatic route. The proposed experimental was to develop a process that was able to transesterify the macaw palm oil with ethanol by immobilized lipase in packed bed reactor under continuous flow, in order to obtain biodiesel having suitable properties to be used as a fuel. The enzyme chosen for the development of this work was the microbial lipase from Burkholderia cepacia immobilized on non-commercial hybrid matrix SiO2-PVA. Single and two stages packed bed reactors were tested. Initially the influence of the reactor dimensions and ratio between height (l) and diameter (d) in the performance of the ethanolysis of macaw palm oil was assessed. Tests were carried out using two reactors (A and B) having different geometric relations: Reactor A (l = 55 mm and d = 15 mm) and Reactor B (l = 210 mm and d = 14) which corresponded to height/diameter (l/d = 3.7 and l/d = 15), respectively. Runs were performed continuously for 20 days using substrate containing oil to ethanol molar ratio of 1:12 in a solvent-free system and fixed space time of 14h. Data suggested that the dimensions of the packed column had a slight influence on the biodiesel production and under the conditions tested, the highest relation (l/d = 15) did not affect the fluid mass transfer throughout the reactor column. Under these conditions runs carried out in the reactor B provided average yields of 89.7 ± 4.8% and productivities of 40.4 ± 2.2 mgester?g-1?h-1. Following this, a two-stage packed bed reactor incorporating a column with cationic resin (Lewatit® GF 202) to remove the glycerol formed as by-product was used. The reactor performance was quantified for four different flow rates corresponded to spatial times from 10 to 16 h. For each condition, the influence of spatial times in the ethyl esters formation, transesterification yields and productivities were determined. The reactor operation was demonstrated for spatial time igual to 16 h, attaining ethyl ester formation of 58.1?2.1 wt%, transesterification yields of 96.3 ??2.1% and productivities of 36.7 ??2.4 mgester?g-1?h-1 with no significant reduction in the efficiency during 25 days. The purified samples showed residual levels of monoglycerides (3.8 wt %), absence of diglycerides and average viscosity values of 5.8 mm2/s which can be considered appropriated according to Brazilian resolution ANP n° 14/2012. The immobilized lipase on SiO2-PVA was found to be stable regarding its morphological and catalytic characteristics, showing half-life time (t1/2) higher than 423 h. Therefore, the continuous packed-bed reactor connected in series with simultaneous glycerol removal has a great potential to attain high level of transesterification yields, raising biodiesel productivity, consequently decreasing industrial process cost. Overall, the results were promising and showed the potential of macaw palm oil to be used as feedstock for biodiesel production under continuous flow.

Atualmente, as microalgas têm se mostrado uma matéria prima de interesse para a produção de biocombustíveis, por ser uma fonte renovável, não poluente e por não competir em áreas de cultivos de alimentos. No entanto, há a necessidade de se explorar fatores e metodologias na produção de biodiesel de microalgas para que o processo seja viabilizado. Este estudo buscou potencializar o processo de transesterificação direta (extração e reação simultaneamente) da biomassa da microalga Chlorella minutíssima para a produção de ésteres etílicos brutos tendo em vista a produção de biodiesel. O processamento direto (in situ) investigou separadamente o uso da biomassa seca e úmida, sob os efeitos dos fatores etanol, clorofórmio e ácido como catalisador. A metodologia de Taguchi foi utilizada como planejamento de experimentos para potencializar a conversão e rendimento mássico em ésteres etílicos. A partir da biomassa seca, analisadas as razões de etanol/biomassa de 100, 50, 25 e 10 mL/g teve a maximização dos resultados utilizando 25 mL de etanol (86,16% em massa com 96% de conversão) e 50 mL de etanol (104% em massa com 88% de conversão), ambas, com 5 mL de clorofórmio e 1mL de ácido sulfúrico por grama de biomassa. Posteriormente, com a inclusão dos catalisadores ácidos HCl e H2SO4 como variável, investigou-se o a reação de transesterificação in situ a partir da biomassa úmida (84% em base seca). Ambos ácidos demonstraram não ter efeito sobre as repostas. A maximização tanto do rendimento mássico quanto da conversão (131,5% em massa com 84% de conversão), bem como produzir a maior quantidade de ésteres com a menor uso de reagentes, utiliza a concentração do ácido a 0,6 mol/L, 25 mL de etanol e proporção de 1:10 de clorofórmio. Tanto a partir da biomassa seca quanto a partir da biomassa úmida, a metodologia de Taguchi foi capaz de determinar os melhores ajustes das condições reacionais para a síntese de ésteres etílicos brutos sem a necessidade de aplicar condições reacionais limitadas pela construção ou segurança do projeto como irradiação de micro-ondas ou condições supercríticas. / Currently, microalgae are considered an interest feedstock for the biofuel production, since they correspond to a renewable and non-polluting source, not competing with food crops areas. However, there is a need to explore factors and methodologies in the production of microalgae biodiesel to enable the process. This study aimed to enhance the direct transesterification process (simultaneous extraction and reaction) of the Chlorella minutíssima microalgae for the crude ethyl esters production in order to produce biodiesel. The direct processing (in situ) was investigated separately dry and wet biomass use under the effects of ethanol, chloroform and acid as a catalyst. The Taguchi methodology (design of experiments) was used to increase conversion and ethyl esters mass yields. The ethanol ratios 100, 50, 25 and 10 mL/g were analyzed from dry biomass. The results were maximized using 25 mL of ethanol (86.16% by mass with 96% conversion) and 50 mL (104% by mass with 88% conversion) with 5 mL of chloroform and 1 mL of sulfuric acid per gram of biomass. Subsequently, with the inclusion of acid catalysts HCl and H2SO4 as a variable, the in situ transesterification reaction of wet biomass (84% on dry basis) was investigated. In both cases, the acids showed no effect on the responses. Mass yield and conversion were maximized (131.5% by mass with 84% conversion), as the highest number of esters with the lowest use of reagents, take 0.6 mol/L acid concentration, 25 mL ethanol and 1:10 chloroform ratio. Taguchi methodology was able to determine the best reaction conditions adjustments for crude ethyl esters synthesis from dry biomass and wet biomass were met without the need to apply reaction conditions limited by the construction or project safety, as microwave irradiation or supercritical conditions.

Submitted by Cássio da Cruz Nogueira (cassionogueirakk@gmail.com) on 2017-07-12T15:23:11Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_SinteseCaracterizacaoMaterial.pdf: 3238074 bytes, checksum: e529f5f2c7e8de6de59a975592d922fc (MD5) / Approved for entry into archive by Irvana Coutinho (irvana@ufpa.br) on 2017-07-18T15:00:19Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_SinteseCaracterizacaoMaterial.pdf: 3238074 bytes, checksum: e529f5f2c7e8de6de59a975592d922fc (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-18T15:00:19Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_SinteseCaracterizacaoMaterial.pdf: 3238074 bytes, checksum: e529f5f2c7e8de6de59a975592d922fc (MD5) Previous issue date: 2016-11-28 / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / O desenvolvimento de novos materiais com propriedades distintas (ácido-base, compósitos, híbridos, entre outros) aliado em um único produto podem apresentar um desempenho relevante quanto à aplicação em processos de catálise. A hidrotalcita caracterizada por possuir alta área superficial e caráter básico, e a hidroxiapatita por possuir capacidade de troca iônica e caráter anfótero, podem ser sintetizadas como único material com potencial catalítico para a reação de transesterificação do óleo de soja, esta coexistência de fases em um único material representa uma nova forma de síntese com a vantagem de utilizar uma rota eficiente, de baixo custo e com diminuição no processo energético. Neste contexto, o objetivo geral deste trabalho é a síntese do material HT-HAp utilizando o método de co-precipitação e homogeneização em banho ultrassônico (2h/40°C), pH =10, envelhecimento (24h), filtragem e secagem (24h/80°C). Os materiais foram sintetizados variando a razão molar Mg/Al = 3, 1 e 0,33 e mantendo a razão Ca/P = 1,67. Para efeito de comparação foram sintetizados os materiais HT e HAp e calcinado o material com razão Mg/Al = 3 à temperaturas de 500 °C e 900 °C. Os ensaios catalíticos foram realizados nas seguintes condições reacionais: Tempo (4h), Temperatura (180°C), razão óleo: álcool (1:12) e 2,5% p/p do material. A caracterização físico química foi realizada por diferentes técnicas analíticas: Difração de Raios X (DRX), Espectroscopia na Região do Infravermelho (FTIR), Microscopia eletrônica de varredura (MEV), análise química por EDS, Análise Térmica (TGA/DTA), Análise Superficial (BEHT/BHJ). A atividade catalítica foi analisa pela aplicação dos testes de Hammett (Qualitativa e Quantitativo) e Ressonância Magnética Nuclear de Hidrogênio (RMN 1H). O espectro de DRX apresentou os planos basais típicos da fase HT (003) (006) (009) (110) (113) e da fase HAp (002) (211) (300) (202) (213) (222), na razão Mg/Al = 1 e 0,33 houve o aparecimento da manasseita, polítipo da hidrotalcita. Os parâmetros de rede e o Volume da cela unitária calculados foram característicos das fases identificadas. A HT e Hap apresentaram morfologia lamelar e granular, e nos materiais HTHAp há presença de ambas as formas. As fases HT e HAp presentes nos materiais HTHAp apresentaram razões catiônicas de Mg/Al ~ 2 e Ca/P ~ 1,5, respectivamente. O espectro FTIR registrou as bandas características da HT e da HAp (OH-, CO3 2-, PO4 3- e a H2O). Os materiais apresentaram eventos de perda de massa endotérmico, com aparecimento de picos exotérmicos no material 0,33HTHAp, foram registados os eventos de desidratação, desidroxilação e descarbonatação. Os materiais apresentaram caráter básico na faixa de pKBH entre 6,8 e 9,8. Todos os materiais apresentaram a conversão do óleo de soja em mono ésteres (biodiesel) e no material 1HTHAp foi registrada a melhor taxa de conversão (70%). / The development of new materials with different properties (acid-base, composites, hybrids, among others) allied in a single product can present a relevant performance regarding the application in catalysis processes. The hydrotalcite characterized by high surface area and basic character, and hydroxyapatite because of its ion exchange capacity and amphoteric character, can be synthesized as the only material with catalytic potential for the transesterification reaction of soybean oil. This coexistence of phases in a Single material represents a new form of synthesis with the advantage of using an efficient route, low cost and with a decrease in the energy process. In this context, the general objective of this work is the synthesis of the HT-HAp material using the co-precipitation and homogenization method in ultrasonic bath (2h / 40 ° C), pH = 10, aging (24h), filtration and drying (24h/80 ° C). These materials were synthesized varying the molar ratio Mg / Al = 3, 1 and 0.33 and maintaining the Ca / P = 1.67 ratio. For comparison purposes the HT and HAp materials were synthesized and the material with a Mg / Al = 3 ratio was calcined at temperatures of 500 ° C and 900 ° C. The catalytic tests were performed under the following reaction conditions: Time (4h), Temperature (180 ° C), oil: alcohol ratio (1:12) and 2.5 % w/w material. The chemical physical characterization was performed by different analytical techniques: X-ray diffraction (XRD), Infrared Region Spectroscopy (FTIR), Scanning Electron Microscopy (SEM), EDS chemical analysis, Thermal Analysis (TGA / DTA) and Superficial Analyses (BEHT / BHJ). The catalytic activity was analyzed by the Hammett (Qualitative and Quantitative) and Hydrogen Nuclear Magnetic Resonance (1H NMR) tests. The XRD spectrum showed the typical basal planes of the HT phase (003), (009), (110) and (113) of the phase HAp (002) (211) (300), (202), (213), (222), in the Mg / Al = 1 ratio and 0.33, there was the appearance of the manasseite, a hydrotalcite politype. The cell parameters and unit cell volume calculated were characteristic of the identified phases. The HT and HAp presented lamellar and granular morphology, and in the HTHAp materials, there is presence of both forms. The HT and HAp phases present in HTHAp materials presented cationic ratios of Mg / Al = 2 and Ca / P ~ 1.5, respectively. The FTIR spectrum recorded the characteristic bands of HT and HAp (OH-, CO3 2-, PO4 3- and H2O). The materials presented events of loss of endothermic mass, with appearance of peaks exotherm in the 0.33HTHAp material, dehydration, dehydroxylation and decarbonation events attributed. The materials presented a basic character in the pKBH range between 6.8 and 9.8. All materials showed the conversion of soybean oil into monoesters (biodiesel) and in the 1HTHAp material the best conversion rate (70%) was recorded.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-08-30T14:53:05Z No. of bitstreams: 1 ADRIANO SANT'ANA SILVA - PPGEP TESE 2011..pdf: 12696755 bytes, checksum: 3f702ca1b940a9bb7e2fc2feb1499709 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-30T14:53:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ADRIANO SANT'ANA SILVA - PPGEP TESE 2011..pdf: 12696755 bytes, checksum: 3f702ca1b940a9bb7e2fc2feb1499709 (MD5) Previous issue date: 2011-04 / Capes / 0 biodiesel é um biocombustível proveniente de fontes renováveis, tais como óleos vegetais e gordura animal, e que foi proposto como alternativa ao óleo diesel derivado do petróleo. Normalmente, este biocombustível é obtido a partir do óleo de soja, por meio da reação de transesterificação, a qual faz uso de catalisadores homogéneos alcalinos que ao término da reação não são reutilizados e ainda exigem matéria prima refinada e isenta de água. Diante disso, o uso de catalisadores heterogéneos tem-se consolidado cada vez mais no meio académico e industrial pela possibilidade do seu reuso e por permitir o uso de diferentes fontes lipídicas. Ademais, a busca por fontes lipídicas de menor custo, como óleo de algodão, e que não concorram com outros seguimentos industriais, como a indústria de alimentos, tornou-se foco atual de diversas pesquisas. Sendo assim, o objetivo desta tese foi sintetizar, caracterizar e avaliar os catalisadores suportados M0O3-MCM-41 e NiOMCM-41 nas reações de transesterificação e esterificação, etílica e metílica do óleo de algodão, usando sistema reacional estático. O suporte MCM-41 foi obtido pelo método de síntese a temperatura ambiente. Os catalisadores foram sintetizados pelo método de dispersão física em três concentrações distintas (1, 3 e 5% em massa) e foram caracterizados por DRX, FTIR, análise textural e EDX. Por meio de um planejamento fatorial 23 avaliou-se os efeitos das variáveis independentes: temperatura, razão molar de óleo: álcool e concentração de catalisador, sobre as variáveis dependentes éster e de triacilglicerídeo, na reação de transesterificação. Na reação de esterificação avaliou-se os efeitos destas variáveis sobre a conversão dos ácidos graxos livres em éster. Os resultados de caracterização indicaram que a fase hexagonal da MCM-41 foi obtida e que o procedimento de dispersão física dos óxidos foi viável para síntese dos catalisadores em estudo. Nos testes catalíticos o catalisador 5%Mo03-MCM-41 apresentou os melhores resultados para a transesterificação etílica e metílica; e esterificação metílica, com conversão de cerca de 53, 48,1 e 78,7%, respectivamente. Para a reação de esterificação etílica o catalisador 3%Mo03-MCM-41 apresentou o maior conversão, cerca de 67,9%. O catalisador NiO-MCM-41 não apresentou atividade catalítica nas reações estudadas. A temperatura, de acordo com o planejamento experimental foi a variável de maior influência nas reações de transesterificação e esterificação. As reações conduzidas em sistema estático foram viáveis para a obtenção do biodiesel / Biodiesel is a biofuel produced from renewable sources such as vegetable oils and animal fat, which was proposed as an alternative to petroleum diesel. Typically, this biofuel is made from soybean oil, by transesterification with alkaline homogeneous catalysts that at the end of the reaction are not reused and still require refined oil. Thus, the use of heterogeneous catalysts has been increasingly in industry by the possibility of its reuse and for allowing the use of different lipid sources. Furthermore, the search for low cost lipid sources, such as cottonseed oil, has become the current focus of several studies. Therefore, the objective of this thesis was to synthesize, characterize and evaluate the catalysts M0O3-MCM-41 and NiO-MCM-41 in ethyl and methyl, transesterification and esterification reactions of cottonseed oil, using a static reaction system. The support MCM-41 was obtained by synthesis at room temperature. The catalysts were synthesized by the method of physical dispersion in three different concentrations (1, 3 and 5% in weight) and were characterized by XRD, FTIR, EDX and textural analysis. Through a 23 factorial design the effects of independent variables: temperature, molar ratio of oil: the percentage of alcohol and catalyst on the dependent variables éster and triglycerides in the transesterification reaction, were evaluated. In the esterification reaction the effects of these variables on the conversion of free fat acid was evaluated. The characterization results indicated that the hexagonal phase of MCM-41 was obtained and the procedure of physical dispersion of the oxides was viable for the synthesis of the catalysts under study. In the catalytic tests the catalyst 5%Mo03-MCM-41 showed the best results for the methyl and ethyl transesterification and for methyl esterification, with conversion of about 53, 48.1 and 78.7%, respectively. For the reaction of ethyl esterification, the catalyst 3%MoC«3-MCM-41 showed the highest conversion, about 67.9%. The catalyst NiO-MCM-41 showed no catalytic activity. The temperature, according to the experimental design, was the variable that most influenced the reactions.

In this work we have investigated the catalytic activity of four metal complexes which exhibit Lewis acid character: dibutyltin diacetate, dibutyltin dilaurate, butylstannoic acid and di-n-butyl-oxo-stannane. With the aim to obtain a mixture of fatty acid esters, called biodiesel, these catalysts have been tested in alcoholysis of soybean and castor oils. Transterification experiments of the vegetable oils have been carried out using two types of apparatus. The first was a glass reactor connected to a reflux condenser. The second was a pressurized container (inoxidable steel reactor), containing a manometer and a temperature controller. In all transterification experiments carried out, the use of the steel reactor were more efficient face to the analogous reactions carried out with the glass reactor. The alcoholysis were also carried out in more severe conditions. The reactions were carried out at higher temperatures, from 80 to 150°C. It was observed that the reaction yield increases, increasing the reaction temperature. In a second stage of this work, the transesterification reaction of the soybean oil was carried out employing methylic, ethylic, iso-propylic, n-butylic and iso-butylic alcohols. The effect of the different type of alcohols in the reaction yield were evaluated. It was remarked that higher yields were obtained with long chain alcohols (butanol and isobutanol) which were similar to that observed with conventional ones (methanol and ethanol). Finally, the use of metal complexes of tin(IV) as catalysts for transterification reactions of vegetable oils to obtain biodiesel seems to be very promising. The experimental data, discussions, and conclusions are described on this dissertation. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Neste trabalho investigou-se a atividade catalítica de quatro complexos metálicos exibindo caráter ácido de Lewis: dibutil diacetato de estanho, dibutil dilaurato de estanho, óxido de dibutil estanho e ácido butil estanóico. Estes catalisadores foram testados na alcoólise do óleo de soja e de mamona para a obtenção de uma mistura de ésteres de ácidos graxos, denominada biodiesel. Nos experimentos de transesterificação dos óleos vegetais, as reações foram realizadas em dois tipos de equipamentos. O primeiro equipamento era composto de um reator de vidro acoplado a um condensador de refluxo. O segundo equipamento foi composto de um reator de aço inox, hermeticamente fechado, equipado com um manômetro e um controlador de temperatura. Em todos os experimentos de transesterificação realizados o uso do reator aço inox mostrou-se mais vantajoso frente ao reator de vidro com condensador de refluxo. A alcoólise dos triglicerídeos também foi desenvolvida em condições mais enérgicas de reação. As reações foram realizadas em temperaturas que variaram entre 80 °C e 150 °C. Observou-se que o aumento da temperatura geralmente favorece o aumento no rendimento da reação. Em outra etapa deste trabalho a transesterificação do óleo de soja foi realizada empregando-se os álcoois metílico, etílico, isopropílico, butílico e isobutílico. Os efeitos dos diversos tipos de álcoois no rendimento final da reação foram observados e avaliados. Destacaram-se nesses experimentos os altos rendimentos obtidos com os álcoois de cadeias longas (butanol e isobutanol) quando comparados com os álcoois convencionais (metanol e etanol). Por fim, o uso de complexos metálicos a base de estanho(IV) mostrou-se promissor na reação de transesterificação de óleos vegetais visando a obtenção de biodiesel. Os dados relativos aos experimentos, a discussão dos resultados e as conclusões estão descritas nessa dissertação.

This study was aimed initially determine the stability of some samples of biodiesel, with respect to time and storage temperature in order to verify the possibility of physico-chemical characterization over time. These samples were stored at different temperatures over time and through this study it was found that, when many samples and / or large volumes, which prevents its refrigerated storage, it is possible to store them at room temperature for thirty (30) days. One of the objectives of study was to analyze the behavior of the reaction mixture during the transesterification process, through the quantitative assessment of the values of some physico-chemical parameters (viscosity and density) as a function of the reaction yield. For this purpose, samples of biodiesel was produced by transesterification of soybean oil at different reaction conditions (time, temperature, and ratio of reagents), employing methanol or ethanol and catalyst NaOH. It was observed that for reactions performed using methyl alcohol was not possible to establish a tendency for phase formation and evolution of viscosity and density depending on the ester content, perhaps because other aspects such as the formation of persistent emulsions have an influence significant about the separation process and the results of physicochemical parameters. In the case of reactions conducted with ethyl alcohol, virtually no phase formation is observed due to formation of persistent emulsions. In this case also could not establish a trend between the viscosity values due to the ester content. Regarding the density, there is a tendency for a more definite increase in values as the ester content increases. However, a greater number of reactions is required for establishing more definitive considerations. It should be noted that, probably, a trend can be established when a broader range of reactions, with different degrees of conversion, is evaluated. / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Esse trabalho teve como finalidade determinar a estabilidade de algumas amostras de biodiesel, no que se refere ao tempo e temperatura de estocagem, para verificar a possibilidade de caracterização físico-química ao longo do tempo. Tais amostras foram estocadas em diferentes temperaturas ao longo do tempo e através deste estudo verificou-se que, quando houver muitas amostras e/ou grandes volumes, o que impossibilita a sua estocagem refrigerada, é possível armazená-las à temperatura ambiente por até trinta (30) dias. Um dos objetivos do estudo foi analisar o comportamento da mistura reacional durante o processo de transesterificação, através da avaliação quantitativa dos valores de alguns parâmetros físico-químicos (viscosidade e densidade) em função do rendimento reacional. Para tanto, amostras de biodiesel foram produzidas por transesterificação do óleo de soja em diferentes condições reacionais (tempo, temperatura e proporção entre os reagentes), empregando metanol ou etanol e catalisador NaOH. Observou-se que para as reações realizadas empregando o álcool metílico não foi possível estabelecer uma tendência entre formação de fases e a evolução da viscosidade e densidade em função do teor de ésteres, talvez por que outros aspectos, como a formação de emulsões persistentes tenham uma influência significativa sobre o processo de separação e sobre os resultados dos parâmetros físico-químicos. No caso das reações realizadas com álcool etílico, praticamente não se observa formação de fases devido à formação de emulsões persistentes. Nesse caso também não foi possível estabelecer uma tendência entre os valores de viscosidade em função do teor de ésteres. No que tange à densidade, existe uma tendência mais definida de um aumento dos valores à medida que o teor de éster aumenta. Entretanto, um número maior de reações se faz necessário para o estabelecimento de considerações mais definitivas. Cabe salientar que, provavelmente, uma tendência possa ser estabelecida quando uma gama maior de reações, com diferentes graus de conversão, seja avaliada.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:39Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-02-26Bitstream added on 2014-06-13T20:50:43Z : No. of bitstreams: 1 dib_fh_me_ilha.pdf: 1753088 bytes, checksum: 6f21fa7a5002d96add683e1ad3d75eb9 (MD5) / Neste trabalho são analisadas técnicas de produção do biodiesel a partir do óleo residual reciclado, visando a diversificação da matriz energética brasileira e minimização dos impactos ambientas decorrentes do descarte inadequado desses óleos. Antes do início da produção de biodiesel é necessária a realização de um pré-tratamento deste óleo, o que envolve processos de filtragem, secagem e determinação do teor de acidez, seguida de neutralização, pois de acordo com a porcentagem de ácidos graxos livres presentes na matéria-prima é que os métodos para obtenção dos ésteres são adotados. Primeiramente, foram realizados testes laboratoriais em pequena escala para produção de biodiesel, utilizando como matérias prima o óleo residual reciclado e o óleo de soja degomado para efeito comparativo, tendo sido utilizado hidróxido de sódio como catalisador e experimentadas as rotas metílica e etílica, não tendo sido obtidos resultados satisfatórios neste último caso. Em seguida, a produção foi expandida para uma escala semi-piloto, através da utilização de um reator com capacidade de produzir entre 75 e 80 litros de biodiesel por batelada, sendo neste caso utilizado apenas óleo residual reciclado e processo de transesterificação através da rota metílica, tendo o hidróxido de sódio como catalisador. Depois disso, foi feita a caracterização básica do biodiesel produzido, utilizando-se os equipamentos disponíveis, e foram realizados testes comparativos com outros tipos de biodiesel (Comercial, Vegetal e Animal) e frações de misturas (B25, B50, B75 e B100), tendo como base o biodiesel comercial (B5). Por fim, foram feitos testes com esses combustíveis em um moto-gerador diesel de 6 kVA, variando-se a carga de 0 a 3 kW e determinando-se o consumo específico e a temperatura dos gases de exaustão... / This study analyzes the technical production of biodiesel from waste oil recycling, aimed at diversifying the Brazilian energy matrix and minimizing the environmental impacts of inadequate disposal of waste oils. Before the production of biodiesel it is necessary to perform a previous treatment of this oil, which involves processes of filtration, drying and determination of acidity, followed by neutralization, because according to the percentage of free fatty acids present in the raw material is that the methods for obtaining the esters are defined. Firstly, laboratory tests were performed on a small scale biodiesel production using raw materials like soybean oil and recycle waste soybean oil for comparison, having been used sodium hydroxide as catalyst and tested methyl and ethyl routes, being no obtained satisfactory results in this last case. Then, the production was expanded to a semi-pilot scale, using a reactor that can produces between 75 and 80 liters of biodiesel per batch, being in which case only used recycle waste oil and the transesterification process using methanol route, with sodium hydroxide as catalyst. After that, a basic characterization of biodiesel had been done, using equipment available, and were conducted comparative tests with other types of biodiesel (commercial, vegetable and animal) and fractions of blends (B25, B50, B75 and B100), with commercial biodiesel like base of comparison (B5). Finally, tests were performed with these fuels in a 6 kVA diesel generator set, varying a resistive load from 0 to 3 kW and determining the specific consumption and temperature of the exhaust gases. Analyzing the results, it was verified that the physical and chemical properties measured are within acceptable limits, with density between 0,871 and 0,910 g/ml, viscosity between 3,9 and 6,1 cSt and flash point between 51 and 183°C,... (Complete abstract click electronic access below)

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5785.pdf: 4761732 bytes, checksum: 604d605ce379585335d48545e6063093 (MD5) Previous issue date: 2014-03-24 / Financiadora de Estudos e Projetos / The silica hybrid CTA-MCM-41 (where CTA is the cetyltrimethylammonium cation) was synthesized and used in the transesterification of ethyl acetate with methanol. This is a model reaction used to test basic catalysts for the production of biodiesel from vegetable oils and fats. The basic sites in the catalyst consist of siloxy anions associated with CTA cations. In earlier work, it was found that progressive deactivation of the catalyst occurred when it was reused, due to leaching of the CTA cations located within the pores and on the external surface, resulting in partial loss of the basicity required for this type of reaction. The challenge of the present work was to stabilize the catalytic activity of CTA-MCM-41 by restricting the loss of cations from its interior (since the basicity derives from the interaction between the CTA cation and the siloxy anion). To this end, novel modifications were made to the synthesis of CTA-MCM-41, involving the encapsulation of acrylate monomers in the hydrophobic interior of the micelles followed by their subsequent polymerization using the application of ultraviolet irradiation together with a photoinitiator. The polymers formed then interacted with the hydrophobic tails of the micelles, which restricted the exit of CTA from the interior of the pores, hence improving the stability of the catalyst. The combination of the traditional synthesis method with polymerization using a microemulsion is innovative, because there are no reports in the literature that describe a synthesis in which the initial step is performed using emulsified polymers. The emulsions and the synthesized solids were evaluated using small angle X-ray scattering (SAXS). The materials were also analyzed by Xray diffraction, elemental (CHN) analysis, infrared absorption spectroscopy, scanning electron microscopy, and thermogravimetry. All these techniques helped to identify the presence of the monomer, as well as the polymer, in the channels of the CTA-MCM-41. It was confirmed that the presence of the polymer increased the catalytic stability of these new silica hybrids applied in the transesterification reaction. / A sílica híbrida CTA-MCM-41 (onde CTA é o cátion cetiltrimetilamônio) foi empregada, tal como sintetizada, na transesterificação do acetato de etila com metanol. Esta é uma reação modelo para testar catalisadores básicos para a produção de biodiesel a partir de óleos vegetais e gorduras. Os sítios básicos desse catalisador são identificados como sendo os ânions silóxi (≡SiO-) associados aos cátions CTA. Em trabalhos anteriores foi verificado que ocorre a desativação catalítica em seus sucessivos usos, ocasionados pela lixiviação dos cátions CTA localizados no interior dos poros e também na sua superfície externa. Desta forma, tem-se a perda de parte da basicidade requerida pela formação de grupos silanóis (SiOH) para este tipo de reação. Este trabalho teve como objetivo o desafio de estabilizar cataliticamente a CTA-MCM-41 dificultando a saída dos cátions do seu interior, pois, como já mencionado, a basicidade é promovida pela interação do cátion CTA com o ânion silóxi. Para isso, foram realizadas modificações inéditas na síntese da CTA-MCM-41 como o encapsulamento de monômeros acrílicos (metila, butila, octila e dodecila) no interior hidrofóbico das micelas e sua posterior polimerização sob a ação da radiação ultravioleta e de um fotoiniciador. Desse modo, os polímeros formados interagiram com as caudas hidrofóbicas das micelas, dificultando a saída do CTA do interior dos poros, por conseguinte proporcionando uma melhora na estabilidade catalítica. O método tradicional de síntese realizado juntamente com a polimerização em emulsão é inovador, pois ainda não há relatos na literatura cuja etapa inicial da síntese seja por meio de polímeros emulsificados. Assim, as emulsões e os sólidos sintetizados foram avaliados por meio da técnica de espalhamento de raios X a ângulos pequenos (SAXS). Os materiais foram analisados pelas técnicas de difratometria de raios X, análise química elementar (CHN), espectroscopia de absorção na região do infravermelho, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e termogravimetria. Todas as técnicas auxiliaram para comprovar a presença do monômero e também do polímero nos canais da CTA-MCM-41. Desse modo, verificou-se que a presença do polímero melhorou a estabilidade catalítica destas novas sílicas híbridas sintetizadas e aplicadas na transesterificação.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-03-26T21:20:25Z No. of bitstreams: 1 JANAÍNA CONSTANTINO MARINHO - TESE PPGEQ 2016..pdf: 1825861 bytes, checksum: 4cb88f067137c0851810c2b6480fed29 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-26T21:20:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JANAÍNA CONSTANTINO MARINHO - TESE PPGEQ 2016..pdf: 1825861 bytes, checksum: 4cb88f067137c0851810c2b6480fed29 (MD5) Previous issue date: 2016 / Capes / O trabalho teve como objetivo preparar peneiras moleculares mesoporosas SBA15 e Al-SBA-15 com diferentes razões Si/Al de 10, 25, 50, 75 e 100 e utilizá-las na reação de transesterificação do óleo de soja com etanol para produção do biodiesel. Os catalisadores SBA-15 e Al-SBA-15 (Si/Al=10) foram selecionados e testados na reação para produzir éster etílico, monoglícerideos, diglicerídeos e glicerol. O método hidrotérmico, em condições estáticas, foi utilizado para sintetizar a peneira molecular SBA-15. A peneira mesoporosa Al-SBA-15 foi preparada por método de síntese direta na SBA-15, e a fonte de alumina utilizada foi a Pseudobohemita (AlOOH). Todas as amostras foram caracterizadas quanto à sua estrutura e textura por DRX e Adsorção física de N2. Além disso, foram caracterizadas por TG/ATD, MEV, FTIR. A acidez gerada a partir da incorporação do alumínio na estrutura da SBA-15 foi avaliada por TPD-NH3. A reação de transesterificação do óleo de soja foi conduzida em reator batelada, sem agitação, durante diferentes tempos de reação, 6, 12, 24 e 48 horas a 200 ºC, utilizando uma relação óleo/álcool etílico 12:1 e 5% de catalisador (SBA-15 e Al-SBA-15 (10)). Os produtos da reação foram caracterizados por Viscosidade Cinemática e Cromatografia Gasosa. O sucesso das sínteses das peneiras moleculares SBA15 e Al-SBA-15 foram evidenciadas por todas as técnicas utilizadas. Todos os materiais foram obtidos com alto grau de ordenação hexagonal evidenciado por DRX, mostraram aspectos do tipo vermicular com aparência de colares entrelaçados, visualizados por MEV e apresentaram isotermas com perfil do tipo IV, características de materiais mesoporosos. O resultado da viscosidade cinemática obtido para SBA-15 com 48 horas de reação (6,49 mm2/s) está próximo da faixa de valores obtido pela norma da Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP) e os padrões internacionais de biodiesel ASTM D6751-02 e EN 14214. E o valor da viscosidade cinemática para a Al-SBA15 (10) com 48 horas de reação (10,43 mm2/s) está fora da faixa das normas. Os catalisadores selecionados (SBA-15 e Al-SBA-15 (10)) foram submetidos à reação de transesterificação do óleo de soja com etanol e o catalisador Al-SBA-15 (10) foi mais eficiente que o catalisador SBA-15. O valor da conversão para o catalisador Al-SBA-15 (10) foi de 96,50%. / The present study aimed to prepare mesoporous molecular sieves SBA-15 and AlSBA-15 with Si/Al ratios of 10, 25, 50, 75 and 100 and use them in the transesterification of soybean oil with ethanol for production biodiesel. The catalysts SBA-15 and Al-SBA-15 (Si/Al=10) were selected and tested on reaction to produce ethyl ester, monoglycerides, diglycerides and glycerol. The hydrothermal method under static conditions, was used to synthesize the molecular sieve SBA-15. The mesoporous sieve Al-SBA-15 was prepared by direct synthesis method in SBA-15, and the alumina source used was pseudoboehmite (AlOOH). All samples were characterized in concerning to its structure and texture by XRD and N2 physical adsorption. Moreover, they were characterized by TG/DTA, SEM, FTIR. The acidity generated from aluminum incorporation into the structure of SBA-15 was evaluated by TPD-NH3. The transesterification reaction of soybean oil was carried out in a batch reactor, without stirring, for reaction times of 6, 12, 24 and 48 hours at 200 °C using a 12:1 oil/ethanol relation and 5% of the catalyst (SBA-15 e Al-SBA-15 (10)). The reaction products were characterized by Kinematic Viscosity and Gas Chromatography. The success of the synthesis of molecular sieves SBA-15 and Al-SBA-15 were observed for all the techniques used. All the materials were obtained with a high hexagonal ordering degree, demonstrated by XRD, showed aspects of vermicular type with intertwined necklace appearance, visualized by SEM and showed isotherm with type IV profile, which is a characteristics of mesoporous material. The result of the kinematic viscosity obtained for SBA-15 with 48 hours of reaction (6.49 mm2/s) is close to the range of values obtained by the National Petroleum standard, Natural Gas and Biofuels (ANP) and the international standards of biodiesel ASTM D6751-02 and EN 14214. And the value of kinematic viscosity for Al-SBA-15 (10) with 48 hours of reaction (10.43 mm2/s) is out of the standards range. The selected catalysts (SBA-15 and Al-SBA-15 (10)) was subjected to transesterification reaction of soybean oil with ethanol and the Al-SBA-15 (10) catalyst was more efficient than the SBA-15. The conversion value for the Al-SBA15 catalyst (10) was 96.50%.

A transesterificação metílica em meio homogêneo é catalisada por bases, tais como hidróxidos e alcóxidos de sódio ou potássio e se processa em baixa temperatura de reação, mesmo em escala industrial. A utilização de catalisadores formados por sólidos básicos aparece como uma alternativa promissora aos processos homogêneos convencionais, tendo em vista as inúmeras vantagens como a redução da ocorrência das reações indesejáveis de saponificação e redução de custos dos processos pela diminuição do número de operações associadas. Em estudos anteriores realizados pelo grupo, catalisadores a base de Mg/La com diferentes composições químicas (9:1, 1:1 e 1:9) mostraram-se promissores para a obtenção de ésteres metílicos via reação de transesterificação, porém não foi possível fazer uma correlação entre atividade catalítica e as propriedades físico-químicas quando toda a série foi considerada. Assim, a realização de um estudo de caráter fundamental, baseado em reações modelo e uso de moléculas sonda, permite avançar no entendimento das propriedades de superfície destes catalisadores. Portanto, o presente trabalho estuda a reação entre metanol e acetato de etila em catalisadores a base de Mg/La utilizando espectroscopia de reflectância difusa no infravermelho com transformada de Fourier (DRIFTS) acoplada a espectrometria de massas (MS) identificando os intermediários e produtos formados para determinar a rota reacional. As análises de difração de raios X mostram que os precursores são predominantemente compostos por carbonatos hidratados de magnésio (Mg/La 1:1 e 9:1) e de lantânio (Mg/La 1:9). Os perfis de decomposição térmica e difratogramas de raios X obtidos a partir de tratamento térmico in situ indicaram que estes carbonatos se decompõem apenas a partir de 750 C. As análises de Dessorção a Temperatura Programada realizadas com moléculas sonda, metanol e acetato de etila, mostraram a adsorção em maior quantidade do metanol independente da composição química do sólido. A partir dos resultados obtidos por DRIFTS-MS foi proposta uma rota reacional para a reação de transesterificação do acetato de etila e metanol, que ocorre via adsorção do metanol e do acetato de etila na superfície do catalisador, seguida da formação de um intermediário tetraédrico formado pelas moléculas adsorvidas, que sofre um rearranjo formando etanol, acetato de metila, acetona e metano. Simultaneamente, parte do metanol adsorvido como metoxi monodentado é desidrogenado formando formiatos que são dessorvidos na forma de formaldeído e decompostos formando CO2 e H2 / The methylic transesterification of vegetable oils catalyzed by sodium or potassium hydroxides or alkoxides is carried out in homogeneous media at a low reaction temperature, even on an industrial scale. However, the homogeneous reaction has some disadvantages such as the sensitivity of the catalyst to the presence of free fatty acids and/or water in the oil feedstock, which causes the occurrence of undesirable saponification reactions. On the other hand, the use of basic solid catalysts appears as a promising alternative to conventional homogeneous processes, since it reduces the occurrence of undesirable reactions of saponification and decreases the process costs due to the reduction of the number of operations associated. In a previous studies of the group, Mg/La catalysts with different chemical compositions (9:1, 1:1 and 1:9) showed good results for the production of methyl esters via transesterification reaction. However, it was not possible to make a correlation between catalytic activity and the basic properties when the whole series was considered. Therefore, the realization of a fundamental study based on model reactions and the use of probe molecules may lead to the comprehension of the surface properties of these catalysts. Thus, in this work, the reaction between methanol and ethyl acetate catalyzed by a series of Mg/La-catalysts was studied using diffuse reflectance infrared Fourier transform spectroscopy (DRIFTS) coupled to mass spectrometry (QMS) aiming at identify the intermediates and products formed to determine the reaction route. The analysis of X-ray diffraction showed that the precursors are mainly hydrated carbonates of magnesium (Mg/La 1:1 and 9:1) and lanthanum (Mg/La 1:9). The TG profiles and in situ X-ray difratograms obtained during the thermal decomposition of the precursors indicate that these carbonates decompose at 750 C or above. Temperature Programmed Desorption analysis carried out with probe molecules, methanol and ethyl acetate, showed a higher amount of methanol adsorbed on the catalyst surface. From the results obtained by DRIFTS-MS a reaction route for the transesterification reaction of methanol and ethyl acetate was proposed. The reaction occurs via adsorption of methanol and ethyl acetate on the catalyst surface. These adsorbed species react forming an adsorbed tetrahedral intermediate which undergoes rearrangement producing ethanol, methyl acetate, acetone and methane. Simultaneously, the methanol adsorbed as a monodentate methoxy specie is dehydrogenated forming formates species that are decomposed in CO2 and H2