Produção de biodiesel por catálise heterogénea

Sampaio, Maria

http://hdl.handle.net/10198/1928

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Authors

Sampaio, Maria

Advisor(s)

Gomes, Helder

Abstract(s)

Devido à limitada disponibilidade de novas reservas petrolíferas e ao consequente aumento dos preços do petróleo na última década, a procura de biocombustíveis tem vindo a ser alvo de intensa investigação. O biodiesel parece ser o melhor candidato a substituto do diesel convencional, uma vez que é ambientalmente sustentável e facilmente produzido por transesterificação de triglicéridos com metanol, usando catalisadores homogéneos alcalinos ou ácidos. Para ultrapassar as desvantagens inerentes à utilização da catálise homogénea, nomeadamente, a neutralização do catalisador e sua separação do produto final, nos últimos anos, tem vindo a ser propostos sistemas catalíticos heterogéneos. Os catalisadores heterogéneos surgem como uma alternativa desejável para optimizar a síntese de biodiesel. Neste contexto, este trabalho teve como objectivo o estudo da performance de catalisadores sólidos com características ácidas. Foram testados diferentes materiais na reacção de transesterificação do triacetato de glicerol (triglicérido modelo), nomeadamente, resinas contendo grupos sulfónicos (Amberlyst-15 e Nafion SAC-13) e carvões activados com diferentes químicas superficiais. A reacção realizou-se num reactor batch, definindo-se como condições padrão, uma temperatura de 323 K, uma razão molar triacetato de glicerol:metanol de 1:6 e uma concentração de catalisador sólido de 20 g/L. Os catalisadores Amberlyst-15 e Nafion SAC-13 apresentaram uma elevada actividade na reacção de transesterificação, similar à obtida usando H2SO4. No entanto, comparado com o NaOH, a sua actividade é bastante inferior. Os carvões activados, sem tratamento específico para aumentar a sua acidez superficial, revelaram-se completamente inactivos nas condições padrão empregues. As variáveis pertinentes do processo foram estudadas utilizando a resina Amberlyst-15 como catalisador. A presença de grupos ácidos -SO3H, o baixo valor de PZC (ponto de carga zero) e a elevada concentração de centros activos ácidos parece ser determinante na eficiência catalítica da Amberlyst-15. Com o objectivo de introduzir grupos ácidos na superfície dos materiais de carvão testados, procedeu-se ao seu tratamento com H2SO4 e HNO3. Após o tratamento, verificou-se que os carvões se tornam activos para a produção de biodiesel, contudo com baixa actividade, quando comparada com a actividade apresentada pela Amberlyst-15. Because of the restricted availability of new petroleum reserves and the consequent crude´s rise in price in the last decade the search of green fuels has been subject of intense research. Currently, biodiesel seems to be the best candidate to substitute candidate of conventional diesel, since it is environmentally sustainable and easily produced by transesterification of triglycerides with methanol, using homogeneous alkali or acid catalysts. In order to overcome the problems presented by homogeneous catalytic systems, namely the need for catalyst neutralization and their separation from the final product, in the last years heterogeneous catalysts have been suggested. Heterogeneous catalysts are desired alternatives to optimize the biodiesel synthesis. In this context, the purpose of this work was to investigate the performance of solid acid catalysts. Different materials were tested in the transesterification of glycerol triacetate (triglycerides model) namely resins containing sulfonic acid groups (Amberlyst-15 and Nafion SAC-13) and activated carbon with different superficial chemistry. The screening reaction runs were carried out at 323 K in a batch reactor, with a glycerol triacetate molar:methanol ratio of 1:6 and a solid catalysts concentration of 2 g/L. The Amberlyst-15 and Nafion SAC-13 catalysts showed a high activity in the transesterification reaction, similar to the H2SO4 one. Never the less, when compared with NaOH, its activity is low. The activated carbons without specific treatment in order to rise its superficial acidity, showed to be completely inactive in the applied conditions. The process conditions have been studied using the Amberlyst-15 resin as catalyst. The presence of acid groups -SO3H, a low PZC (point of zero charge) and the high concentration of active acid sites seems to be determinate to the observed catalytic efficiency of Amberlyst-15. Accordingly, in order to introduce acid groups at the carbon materials surface, they were treated with H2SO4 and HNO3. After the treatment, it was verified that the activated carbons present activity, although low, when compared with of Amberlyst-15.