Síntese, caracterização e performance catalítica de nanoferritas mistas submetidas a reação de transesterificação e esterificação via rota metílica e etílica para biodiesel

Abstract

RESUMOAs nanoferritas mistas de Ni 0,5 Zn 0,5 Fe 2 O 4 e Ni 0,2 Cu 0,3 Zn 0,5 Fe 2 O 4 foram sintetizadas por reação de combustão usando ureia como combustível e um reator cônico como fonte de aquecimento para produção em bateladas de 10 g, e então, testadas como nanocatalisadores heterogêneos nas reações de transesterificação e esterificação metílica e etílica do óleo de soja para produção de biodiesel. Durante as sínteses foram registrados o tempo e a temperatura das reações, bem como observadas a liberação de gases e a cor das chamas emitidas. As amostras foram caracterizadas por DRX, EDX, FTIR, MEV/EDS, BET e cromatografia gasosa. Os testes reacionais foram executados para 10 g do óleo em duração de 1 h, razão molar 1:12 óleo:álcool, 2 % (m/m) de catalisador e conduzidas a 180 ºC. Os difratogramas de DRX e os espectros de FTIR revelaram presença da fase espinélio inverso tipo B(AB) 2 O 4 . A morfologia apresentou a formação de aglomerados de aspecto frágil e elevada área de superfície. As análises cromatográficas produziram excelentes resultados nas reações de esterificação para ambas amostras nas condições testadas, com destaque especial para Ni 0,5 Zn 0,5 Fe 2 O 4 , cujas conversões foram de 91,4 % em ésteres metílicos e de 77,8 % em ésteres etílicos, enquanto que a amostra Ni 0,2 Cu 0,3 Zn 0,5 Fe 2 O 4 apresentou conversões de 75,1 e 65,1 %, respectivamente. As conversões na transesterificação metílica e etílica foram de 14 e 2 % para Ni 0,5 Zn 0,5 Fe 2 O 4 e de 11 e 3 % para Ni 0,2 Cu 0,3 Zn 0,5 Fe 2 O 4 .Palavras-Chave: Ferritas mistas, reação de combustão, nanocatalisadores, transesterificação, esterificação, biodiesel. ABSTRACTThe mixed nanoferrites of Ni 0.5 Zn 0.5 Fe 2 O 4 and Ni 0.2 Cu 0.3 Zn 0.5 Fe 2 O 4 were synthesized by combustion reaction using urea as fuel and a conical reactor as heating source in batches of 10 g, and then tested as heterogeneous nanocatalysts in the transesterification and esterification reaction of soya bean oil using the methyl and ethyl routes to biodiesel production. During the synthesis the time and temperature of the reactions were measured, and the evolved gases and the color of the emitted flames were observed. The samples were characterized by XRD, EDX, FTIR, SEM/EDS, BET and gas chromatography. The reaction tests were carried out with 10 g of oil for 1 h, oil:alcohol molar ratio of 1:12, 2 % (w/w) of catalyst, and conducted at 180 °C. The XRD patterns and the FTIR spectra revealed the presence of the inverse spinel phase type B(AB) 2 O 4 . The morphology showed the formation of agglomerates with fragile morphology and high surface area. The chromatographic analysis produced excellent results in the esterification reactions for both samples in the tested conditions, with special emphasis on Ni 0.5 Zn 0.5 Fe 2 O 4 , whose conversions were of 91.4 % in methyl esters and of 77.8 % in ethyl esters, while the Ni 0.2 Cu 0.3 Zn 0.5 Fe 2 O 4 sample showed conversion of 75.1 and 65.1 %, respectively.

Avaliação do tratamento térmico no catalisador magnético Ni0,5Zn0,5Fe2O4 e sua atividade catalítica na produção de biodiesel por transesterificação e esterificação simultânea do óleo de fritura

“…Tal observação é condizente com o fato da amostra apresentar a maior quantidade de energia térmica desprendida e maior presença do ferro em sua composição. A grande quantidade de gases liberados observados nesse trabalho possivelmente ocorreu devido à redução da potência do reator de 4000 W para 2000 W e ao aumento significativo da velocidade de exaustão em consequência do uso de exaustor diferenciado com potencial industrial de velocidade de exaustão, que pode ser responsável por provocar esse comportamento reacional diferenciado de outros estudos [18,23,24], os quais serviram como parâmetro inicial de reprodutibilidade para a obtenção da ferrita Ni 0,5 Zn 0,5 Fe 2 O 4 .…”

“…No que diz respeito ao tempo total das sínteses, foi possível perceber que em média as reações de combustão ocorreram em 36±8 min, apresentando uma média de temperatura máxima de combustão de 314±9 ºC. Conforme observado, as temperaturas de combustão obtidas no processo de obtenção de ferritas Ni-Zn para este trabalho divergiram dos valores reportados [18,23,24,40], que aferiram as temperaturas em suas reações e obtiveram valores que variaram entre 600 e 700 ºC, quando estudaram a obtenção de sistema de ferritas Ni-Zn por reação de combustão usando como recipiente cônico de aço inox com capacidade para obtenção de 10, 100 e 200 g de produto e utilizando uma placa cerâmica como fonte de aquecimento. O rendimento mássico médio do produto reacional obtido ao final das seis bateladas foi 83%±8%, o equivalente a 166±17 g de catalisador por batelada.…”

“…[ Table I polifásico de baixa cristalinidade foi observada e com base em estudos [23,24] esse comportamento é justificado pelo indicativo da baixa eficiência dos sistemas de aquecimento e exaustão durante a síntese, que geraram temperaturas de combustão abaixo do esperado.…”

“…A cristalinidade das ferritas, no entanto, não apresentou uma tendência específica quando relacionada ao tamanho de cristalito e à temperatura de combustão, possivelmente por possuírem interferência direta das fases secundárias, presentes no sistema de forma segregada ou suportada na superfície das ferritas monofásicas. Porém, a baixa cristalinidade (em média 49%±8%) observada para as amostras de ferritas polifásicas do presente estudo corroborou o valor próximo da mistura M6R e com os valores observados em outros estudos [18,23,24,40], que descrevem a cristalinidade da ferrita Ni-Zn de 56,8%±1,7%. A presença de fases secundárias nas ferritas Ni-Zn obtidas por reação de combustão, mesmo utilizando um reator de aquecimento intenso, porém com um exaustor de baixa potência, também foi observada em [24,39,40]; no ensejo, os autores defenderam que a baixa cristalinidade obtida poderia estar relacionada à organização estrutural e/ou mesmo à periodicidade de cristais por partícula dentro da rede do sistema cristalino formado.…”

“…O uso de catalisadores sólidos nas reações de transesterificação e esterificação para a obtenção de biodiesel tem se tornado cada vez mais usual, pois, além de apresentarem características físicas e químicas, como sítios ácidos e básicos e área superficial que são favoráveis para a execução destas reações, existe ainda a possibilidade de recuperação e reuso destes materiais [20][21][22]. Nesse contexto, a catálise heterogênea à base de óxidos ternários com características magnéticas, como as ferritas do tipo espinélio, é uma proposta promissora, visto que vários estudos vêm sendo desenvolvidos com o uso de ferritas como catalisadores para biodiesel, pois a separação magnética reduz a perda do material e aumenta o tempo de reuso [6,18,23,24].…”