Avaliação de catalizadores heterogêneos para produção de ésteres metílicos de ácidos graxos

Abstract

O biodiesel pode ser produzido pela transesterificação, também conhecida como alcoólise, de óleos e/ou gorduras vegetais ou animais, com emprego de álcoois de cadeias curtas, usualmente metanol e etanol, mediante a utilização de um catalisador ácido, básico ou enzimático, que pode ser homogêneo ou heterogêneo. Na maioria dos processos industriais, a reação de transesterificação é feita via catálise homogênea devido aos altos rendimentos apresentados por esses catalisadores, entretanto estes têm apresentado uma série de inconveniências, principalmente relacionadas com a formação de sabões e necessidade de várias etapas de purificação dos produtos. Visando eliminar e/ou minimizar esses problemas estão sendo desenvolvidos sistemas catalíticos alternativos em que catalisadores heterogêneos são empregados. Uma das alternativas propostas de catalisadores heterogêneos descritas na literatura são as zeólitas, as quais possuem propriedades únicas como alta cristalinidade, alta área superficial, acidez, capacidade de troca iônica, e seletividade de forma e tamanho. Entretanto, a presença de microporos na estrutura das zeólitas, muitas vezes impõe limitações de difusão devido ao acesso dificultado e transporte intracristalino lento de reagentes e produtos. A fim de minimizar as restrições impostas pela difusão nas zeólitas, a proposta deste trabalho foi sintetizar materiais com maior acessibilidade aos sítios ativos. Assim, foram preparados e utilizados como catalisadores materiais híbridos ZSM-5/SiO2 com diferentes razões SiO2/Al2O3, e além deles zeólitas ferrieritas calcinada e dessilicalizada. Para os materiais híbridos o maior rendimento obtido foi de 48 % em ésteres metílicos, e para as ferrieritas o melhor resultado foi de 4 %. Os resultados encontrados não foram satisfatórios, demonstrando que a baixa atividade catalítica das zeólitas nessa reação não esteja associado apenas à limitada difusibilidade e acessibilidade de moléculas volumosas aos sítios ativos. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT

Biodiesel can be produced by transesterification, also known as alcoholysis, of oils and/or vegetable or animal fats with employment of alcohols of short chains, usually methanol and ethanol, through the use of an acid, basic or enzymatic catalyst, which can be homogeneous or heterogeneous. In most industrial processes, the transesterification reaction is carried out via homogeneous catalysis due to high incomes presented by these catalysts, however they have made a number of drawbacks, mainly related to the formation of soaps and the need for several steps of products purification. To eliminate and/or minimize problems of homogeneous catalysis, alternative catalytic systems are being developed in which heterogeneous catalysts are employed. One of the alternatives proposed for heterogeneous catalysts described in literature are zeolites, which possess unique properties such as high crystallinity, high surface area, acidity, ion exchange capacity and selectivity of shape and size. However, the presence of micropores in the zeolites structure often imposes diffusion limitations due to hindered and slow intracrystalline transport of reactants and products. In order to minimize the restrictions imposed by diffusion at the zeolites, the purpose of this study was to synthesize materials with greater accessibility to active sites. Thus, were prepared and used as catalysts ZSM-5/SiO2 hybrid materials with different reasons SiO2/Al2O3, and beyond them calcinated and desilicated ferrierites zeolites. To the hybrid materials the greater yield was 48% in methyl esters, and for ferrierites the best result was 4%. The results were not satisfactory, demonstrating that the low catalytic activity of zeolites in this reaction is not only associated with limited diffusibility and accessibility of bulky molecules to active sites.