Esterificação catalítica de ácido acético e glicerol para a produção de aditivos de combustível

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Fronza, Carolina Smaniotto
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Manancial - Repositório Digital da UFSM
dARK ID: ark:/26339/001300000f2wk
Texto Completo: http://repositorio.ufsm.br/handle/1/27531
Resumo: Biodiesel production through the transesterification route is on the rise, as a result, glycerol, a low-cost by-product of biodiesel, has become more saturated in the international market. A potential solution to this drawback could involve glycerol valorization, by its transformation into acetyl glycerides, by direct acetylation with acetic acid. Among the synthesized acetyl glycerides, triacylglyceride (TAG) have been labeled as potential high-quality liquid bio-additive to enhance fuel properties and could be adopted as surrogates for the tertiary alkyl ethers. However, glycerol acetylation is a slow reaction and hence the use of catalysts is necessary. Homogeneous catalysts are usually used, but they are difficult to be removed and toxic. Thus, heterogeneous catalysts arise as an alternative, due to being safer and easier to be removed. In this study, four different heterogeneous catalysts were evaluated in the glycerol acetylation: Nb2O5, NbOPO4, Al2O3, and HZSM-5. Catalysts were characterized by XRD, FTIR and N2 adsorption. The catalytic tests were carried out for 360 min in a batch reactor at 120 ºC, with varying catalyst loading and using acetic acid to glycerol molar ratios of 2:1, 4:1, and 6:1. An experimental planning was performed to evaluate operational condition effects in the reaction with the best catalyst. NbOPO4 performed the best for all the catalytic tests. With acetic acid to glycerol molar ratio of 6:1, NbOPO4 showed the total conversion of glycerol within 120 min reaction and the combined DAG and TAG selectivity of 70.93%. Furthermore, glycerol conversion and products selectivity are greatly influenced by the reaction temperature and the molar ratio of acetic acid to glycerol. Higher temperatures and molar ratios promote better glycerol conversion and higher TAG selectivity, reaching 100% glycerol conversion and 27,89% TAG selectivity when the reaction temperature is 120 ºC and the molar ratio is 6:1. Lastly, NbOPO4 is a promising alternative for glycerol valorization through acetylation.
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However, glycerol acetylation is a slow reaction and hence the use of catalysts is necessary. Homogeneous catalysts are usually used, but they are difficult to be removed and toxic. Thus, heterogeneous catalysts arise as an alternative, due to being safer and easier to be removed. In this study, four different heterogeneous catalysts were evaluated in the glycerol acetylation: Nb2O5, NbOPO4, Al2O3, and HZSM-5. Catalysts were characterized by XRD, FTIR and N2 adsorption. The catalytic tests were carried out for 360 min in a batch reactor at 120 ºC, with varying catalyst loading and using acetic acid to glycerol molar ratios of 2:1, 4:1, and 6:1. An experimental planning was performed to evaluate operational condition effects in the reaction with the best catalyst. NbOPO4 performed the best for all the catalytic tests. With acetic acid to glycerol molar ratio of 6:1, NbOPO4 showed the total conversion of glycerol within 120 min reaction and the combined DAG and TAG selectivity of 70.93%. Furthermore, glycerol conversion and products selectivity are greatly influenced by the reaction temperature and the molar ratio of acetic acid to glycerol. Higher temperatures and molar ratios promote better glycerol conversion and higher TAG selectivity, reaching 100% glycerol conversion and 27,89% TAG selectivity when the reaction temperature is 120 ºC and the molar ratio is 6:1. Lastly, NbOPO4 is a promising alternative for glycerol valorization through acetylation.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESA produção de biodiesel pela rota de transesterificação está em ascensão, com isso, o glicerol, um subproduto de baixo custo do biodiesel, tornando-se saturado no mercado internacional. Uma solução potencial para este problema envolve a valorização do glicerol, pela sua transformação em acetil glicerídeos, por esterificação direta com ácido acético. Dentre os acetil glicerídeos produzidos, os triacil glicerídeos (TAG) foram rotulados como potenciais bioaditivos líquidos de alta qualidade para melhorar as propriedades do combustível, podendo ser empregados como substitutos aos éteres alquílicos terciários. No entanto a reação de esterificação do glicerol é uma reação lenta e, por isso, faz-se necessário o uso de catalisadores. Usualmente, utilizam-se catalisadores homogêneos, porém estes são difíceis de serem removidos da reação, além de tóxicos. Deste modo, os catalisadores heterogêneos surgem como uma alternativa por serem mais seguros e fáceis de serem separados do meio reacional. Neste estudo, quatro catalisadores heterogêneos foram avaliados na esterificação do glicerol: Nb2O5, NbOPO4, Al2O3 e HZSM-5. Caracterizou-se os catalisadores por DRX, FTIR e fisissorção de N2. Os testes catalíticos foram realizados por 360 min em um reator descontínuo a 120 ºC, com massa de catalisador variável e usando razões molares de ácido acético para glicerol de 2:1, 4:1 e 6:1. Também realizou-se um planejamento experimental para avaliar as condições operacionais sobre a reação com o melhor catalisador. O NbOPO4 obteve o melhor desempenho em todos os testes catalíticos realizados. Com razão molar de ácido acético para glicerol de 6:1, o NbOPO4 apresentou conversão total de glicerol em 120 min de reação e 70,93% de seletividade combinada de DAG e TAG. Além disso, verificou-se que a conversão de glicerol e a seletividade dos produtos sofrem grande influência da temperatura de reação e da razão molar de ácido acético para glicerol. Temperaturas e razões mais elevadas promovem melhores conversão de glicerol e melhores seletividade à TAG, alcançando valores de 100% de conversão de glicerol e de 27,89% de seletividade para TAG, quando a temperatura de reação é 120 °C e a razão molar de ácido acético para glicerol é de 6:1. Por fim, o NbOPO4 é uma alternativa promissora para a valorização do glicerol por meio de esterificação.Universidade Federal de Santa MariaBrasilEngenharia QuímicaUFSMPrograma de Pós-Graduação em Engenharia QuímicaCentro de TecnologiaSalau, Nina Paula Gonçalveshttp://lattes.cnpq.br/4234840503539989Castilhos, Fernanda deEnzweiler, HevelineSilva, William Leonardo daFronza, Carolina Smaniotto2023-01-10T11:17:53Z2023-01-10T11:17:53Z2022-09-02info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/27531ark:/26339/001300000f2wkporAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Manancial - Repositório Digital da UFSMinstname:Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)instacron:UFSM2023-01-10T11:17:54Zoai:repositorio.ufsm.br:1/27531Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufsm.br/ONGhttps://repositorio.ufsm.br/oai/requestatendimento.sib@ufsm.br||tedebc@gmail.comopendoar:2024-07-29T10:36:34.866568Manancial - Repositório Digital da UFSM - Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)false
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