O esperado crescimento na demanda de biodiesel no mercado mundial tem impulsionado uma evolução constante em seu sistema de produção de forma a torná-lo mais eficiente e ambientalmente favorável. O presente trabalho teve como objetivo verificar o potencial do óleo de pinhão manso para obtenção de biodiesel pela via enzimática empregando etanol com agente acilante. Para alcançar o objetivo proposto, as atividades experimentais foram iniciadas pela adequação do óleo de pinhão manso bruto para sua utilização como matériaprima na reação de transesterificação, incluindo as etapas de degomagem, neutralização e secagem. O óleo tratado, após caracterização físico-química, foi utilizado nos testes de triagem do biocatalisador enzimático testando diferentes preparações de lipases (EC 3.1.1.3) tanto na forma livre como imobilizada em SiO2-PVA, para mediar à síntese de biodiesel em meio isento de solventes. Os testes indicaram que as lipases na forma imobilizada foram mais eficientes e permitiram selecionar os derivados imobilizados das lipases de Burkholderia cepacia e Pseudomonas fluorescens como as preparações mais adequadas para catalisar a síntese de biodiesel a partir do óleo de pinhão, com rendimentos reacionais de 93,18% e 85,67%, respectivamente. Na segunda etapa do trabalho, os derivados imobilizados selecionados foram testados na reação de interesse, mantendo-se fixa as condições reacionais (temperatura 45oC, 1:9 de razão molar óleo/etanol e 500 unidades de atividade lipolítica por grama de óleo), empregando reatores de vidro acoplados com condensador de refluxo, para evitar perda de etanol. O monitoramento da reação foi efetuado pela determinação dos ésteres etílicos formados (Cromatografia de fase gasosa) e viscosidade cinemática em amostras retiradas ao longo da reação. O produto transesterificado (biodiesel) foi purificado e submetido às análises para caracterização de suas propriedades físico-químicas, incluindo estudo reológico, espectroscopia de absorção na região do infravermelho (FTIR), análise termogravimétrica (TG) e ressonância magnética nuclear protônica (1H-RMN). Os resultados obtidos permitiram confirmar que a lipase de Burkholderia cepacia foi a preparação de lipase mais eficiente para mediar à síntese do biodiesel do óleo de pinhão manso, alcançando rendimento de transesterificação superior a 97% (72h). O biodiesel produzido manteve-se estável termicamente até 128oC e não sendo constatada contaminação do produto com glicerol ou água residual, assegurando a eficiência da etapa de purificação do produto transesterificado. Experimentos adicionais foram ainda efetuados sob irradiação de micro-ondas e os resultados obtidos indicaram que o aquecimento por micro-ondas constitui um procedimento potencial para a produção de biodiesel, tendo em vista a considerável redução do tempo global de reação. A estabilidade operacional da lipase imobilizada foi determinada em bateladas consecutivas sob aquecimento convencional e irradiação de micro-ondas, revelando um tempo de meia-vida do biocatalisador de 110 e 26,5h, respectivamente. A real contribuição da aceleração da reação por meio de irradiação de micro-ondas deverá ser reavaliada levando em consideração a acentuada perda da atividade sintética do biocatalisador. / The expected increase in the biodiesel demand worldwide has brought a constant evolution in its production system in order to make it more efficient and environmentally favorable. The objective of present work was to verify the potential of Jatropha oil as raw material to produce biodiesel by enzymatic route using ethanol as acilant agent. To attain the proposed objective, the experimental activities were starting by treating the oil to attain suitable properties to be used in the transesterification reaction, including the degumming, neutralization and drying steps. The treated oil, after physico-chemical characterization was used to carry out a screening test to select the most suitable biocatalyst by means of testing different preparations of lipases (EC 3.1.1.3) in free form as well as immobilized in SiO2-PVA, to mediate the biodiesel synthesis in solvent free system. The assays indicated that the immobilized lipases were more efficient than free ones and allowed selecting the immobilized derivatives from Burkholderia cepacia and Pseudomonas fluorescens as the most suitable preparations to catalyze biodiesel synthesis from Jatropha oil, attaining yields of 93.18% and 85.67%, respectively. In the second step, the selected immobilized derivatives were used to catalyze the reaction of interest maintaining the previous set conditions (temperature 45oC, 1:9 molar ratio oil/ethanol and 500 units of lipolytic activity per gram of oil) using a glass reactor coupled with condenser to avoid ethanol loss. The reaction was monitored by determining the formed ethyl esters by gas chromatography and viscosity in samples taken from the reactor during the reaction. The transesterified product (biodiesel) was purified and submitted to further analyses for physico-chemical properties, including rheological study, FTIR, TG and 1H NMR. The obtained results confirmed that the lipase from Burkholderia cepacia was the most efficient biocatalyst to mediate the biodiesel synthesis from Jatropha oil, attaining transesterification yields higher than 97% (72h. The product biodiesel was thermo stable up to 128oC and no residual glycerol or water contaminations were detected, assuring the efficiency of the down stream process. Additional experiments were performed under microwave irradiation and the results suggested that the microwave heating constitutes a potential procedure to enhance the reaction rate by reducing the global reaction time. The operational stability of the immobilized lipase was determined in repeated batch runs under conventional and microwave heating systems, revealing biocatalyst half-life time of 110 and 26.5 h, respectively. Therefore, the real contribution of the microwave irradiations to enhance the reaction should be revalued by taking into account the lost of the biocatalyst activity.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:teses.usp.br:tde-04102012-110800 |
| Date | 01 October 2010 |
| Creators | Lívia Tereza de Andrade Souza |
| Contributors | Heizir Ferreira de Castro, Pedro Carlos de Oliveira, Marcos Rogério Totola |
| Publisher | Universidade de São Paulo, Engenharia Química, USP, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP, instname:Universidade de São Paulo, instacron:USP |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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