Montmorilonita modificada como catalisador heterogêneo em reações de esterificação (m)etílica de ácido láurico

Abstract

Recebido em 31/8/11; aceito em 22/5/12; publicado na web em 24/8/12 MODIFIED MONTMORILLONITE AS A HETEROGENEOUS CATALYST IN (M)ETHYL ESTERIFICATION REACTION OF LAURIC ACID. Montmorillonite was modified with zirconium polyoxycations in the presence of ammonium sulphate. The material was characterized and used as a catalyst in the esterification of lauric acid, the reactions being accompanied by 2 3 factorial design. Conversions of up to 95.33 and 83.35% were observed for the methyl and ethyl esterification reactions respectively, proving superior to results obtained by thermal conversion. The material was submitted to three reaction cycles and similar conversions were observed, indicating the catalyst is not significantly deactivated after reuse. The catalyst was also tested under reflux conditions, yielding a maximum conversion of 36.86%.Keywords: biodiesel; esterification; montmorillonite. INTRODUÇÃOA depleção de recursos obtidos a partir do petróleo aplicados à produção de combustíveis e questões relacionadas a problemas ambientais são os principais objetivos na crescente investigação a respeito de fontes alternativas para obtenção de combustíveis. Neste contexto busca-se um substituto aos combustíveis de origem fóssil, que apresentem características equivalentes ou superiores, para uso em motores à combustão interna, aplicados principalmente nas áreas de transporte e indústria. 1O biodiesel surge como um combustível alternativo, considerado um possível substituto parcial ou total ao óleo diesel convencional, além de apresentar características como biodegradabilidade, baixa toxidez, proveniência de fontes renováveis e, ainda, emissão reduzida de materiais particulados, de gases como CO e SO 2 (exceto NO x ), compostos orgânicos voláteis, além de hidrocarbonetos.2,3 O biodiesel possui propriedades físico-químicas similares ao diesel, podendo ser utilizado na forma pura diretamente em motores à diesel ou misturado ao óleo diesel.2,4 A produção de biodiesel ocorre majoritariamente através de dois processos, a transesterificação de óleos vegetais e gorduras animais refinados e a esterificação de ácidos graxos livres, obtidas a partir da hidrólise de gorduras animais e óleos vegetais brutos. 5-7A esterificação de ácidos graxos vem despertando um grande interesse mundial devido à possibilidade de se utilizar matérias-primas com baixo valor agregado na produção de combustíveis, como borras contendo grandes quantidades de ácidos graxos livres. Este processo consiste na reação de um ácido carboxílico com um álcool na presença de um catalisador ácido, conduzindo à formação de éster e água, como subproduto. 8,9 As reações de esterificação de ácidos graxos livres podem ser catalisadas por ácidos de Brönsted, tanto no meio homogêneo quanto heterogêneo.9 É conhecida a utilização de ácidos minerais em meio homogêneo, como o sulfúrico, p-tolueno sulfônico, clorídrico, entre outros.10,11 O uso destes catalisadores também causa inconvenientes como a corrosão de equipamentos, o consumo do catalisador, além de utilização de grand...

Kinetics of ethylic esterification of lauric acid on acid activated montmorillonite (STx1-b) as catalyst

“…The conversion of lauric acid to fatty esters (ethyl laurate) was measured by the American Oil Chemist's Society (AOCS) official method Ca-5a-40, which presents good correlation with other analytical methods such Nuclear Magnetic Resonance [29,35].…”

“…Therefore, several studies involving the use of heterogeneous catalysis have been presented in the literature, which it has been used in the different esterification reactions, such as ion exchange resins [11,19,[22][23][24][25][26], zeolites [27,28], different clay minerals [26,[29][30][31][32][33][34]12] and layered compounds [18,35,36].…”

“…Regarding the use of mineral clay as catalyst in the esterification of fatty acids some authors have reported promising results of esterification of fatty acid including stearic acid, oleic acid, palmitic acid and lauric acid mainly with methanol and/or ethanol [17,29,33,34,[40][41][42][43][44]. All of these studies cited were focused the catalyst synthesis, characterization and catalytic activity for fatty acid esterification with short chain alcohols without measuring and properly exploring the kinetics of these mineral clay catalyzed reactions.…”

Síntese de materiais híbridos baseados em polioxometalatos : estudo das propriedades estruturais e catalíticas

“…Já os ácidos homogêneos são muito corrosivos e difíceis de serem removidos do meio reacional, tendo de ser neutralizados após a reação para minimizar o impacto ambiental. 3,72 Esses problemas podem ser superados pelo uso de catalisadores sólidos, [73][74][75] pois oferecem fácil separação do meio reacional, reuso do catalisador, redução da corrosão de equipamentos e menor impacto ambiental. 74,75 Porém os sistemas heterogêneos apresentam menores rendimentos, necessitando de maiores tempos de reação e maiores temperaturas.…”

“…3,72 Esses problemas podem ser superados pelo uso de catalisadores sólidos, [73][74][75] pois oferecem fácil separação do meio reacional, reuso do catalisador, redução da corrosão de equipamentos e menor impacto ambiental. 74,75 Porém os sistemas heterogêneos apresentam menores rendimentos, necessitando de maiores tempos de reação e maiores temperaturas. 74,76 Caetano e colaboradores 69…”