Desenvolvimento de hidrogéis neutros e iônicos para a remoção de água livre do biodiesel

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Dourado, Marcelo De Luccas, 1993-
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/8060
Resumo: Orientadores: Leonardo Vasconcelos Fregolente, Maria Regina Wolf Maciel
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spelling Desenvolvimento de hidrogéis neutros e iônicos para a remoção de água livre do biodieselNeutral and ionic hydrogel development to remove free water from biodieselHidrogéisBiodieselAcrilatosBiocombustíveisHydrogelsBiodieselAcrylic monomersBiofuelOrientadores: Leonardo Vasconcelos Fregolente, Maria Regina Wolf MacielDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia QuímicaResumo: A presença de água livre no biodiesel é indesejada, pois a interface água-óleo causa diversos impactos negativos na qualidade do produto, como, por exemplo, o crescimento de microrganismos que metabolizam os componentes do biodiesel. Dessa forma, deve-se remover a água; no entanto, as técnicas atuais apresentam baixa eficiência, alto investimento inicial e gasto energético elevado. Alternativamente, uma nova tecnologia de secagem do biocombustível tem sido estudada por meio da aplicação de polímeros hidrofílicos. Nesse contexto, este trabalho descreve o desenvolvimento de hidrogéis neutros e iônicos projetados para a remoção de água livre do biocombustível. Para tanto, sintetizou-se os hidrogéis de poliacrilamida, poliacrilato de sódio, poli(acrilamida-co-ácido acrílico) e amido enxertado via polimerização radicalar livre em solução aquosa. A morfologia foi investigada por meio de análise MEV e a composição química e a massa específica, por FTIR e picnometria a gás hélio, respectivamente. Inicialmente, comparou-se os quatro hidrogéis em relação a um ensaio controle sem adição de polímero; para tanto, misturou-se o biodiesel e água de tal forma que o teor de água inicial foi de aproximadamente 10 000 ppm (m/m). Quando o biocombustível foi tratado em ensaios batelada a 25 ºC e 200 rpm contendo 0,4 \% (m/v) de polímero, mostrou-se que todos os hidrogéis removeram água. Além disso, ressalta-se que a maior remoção de água livre (95 \%) foi atingida quando o biodiesel foi tratado com o hidrogel de poliacrilato de sódio. Dessa forma, selecionou-se esse material para a otimização da composição química por meio de um planejamento fatorial fracionado (2$^{4-1}$), no qual os fatores foram as concentrações das substâncias no polímero e a resposta, o teor final de água após 30, 60 e 120 min de tempo de contato. Os resultados indicaram que a concentração de acrilato de sódio e a concentração de reticulante foram fatores significantes ao nível de 90 \% de confiança. Assim, fixou-se a formulação do polímero reticulado para um estudo de cinética de remoção. Por fim, aplicou-se o hidrogel de composição otimizada no biodiesel contendo água livre em diversos tempos de contato. Como resultado, observou-se que a remoção de água livre usando poliacrilato de sódio estava em torno de 96 \% quando o biodiesel foi tratado em batelada por 2 h; quando o tempo de contato aumentou para 24 h, foi possível remover aproximadamente 99 \% do conteúdo de água livre em relação ao ensaio controle. Portanto, as evidências coletadas neste trabalho corroboram a ideia de que a água livre do biodiesel pode ser removida por hidrogéis; além disso, o melhor desempenho será quando se trata o biocombustível com o hidrogel de poliacrilato de sódioAbstract: The presence of free water in biodiesel is undesirable, since water-oil interface causes several negative impacts on biodiesel quality, namely the growth of microorganisms that metabolize the components of biodiesel. Therefore, the water must be removed; however, current techniques have low efficiency, high initial investment, and high energy expenditure. Alternatively, a new biofuel drying technology has been studied through the application of hydrophilic polymers. In this context, this work describes the development of neutral and ionic hydrogels designed to remove free water from the biodiesel. For this purpose, polyacrylamide, sodium polyacrylate, poly(acrylamide-co-acrylic acid) and grafted starch hydrogels were synthesized via free radical polymerization on aqueous solutions. Polymer morphology was investigated by SEM analysis, chemical composition by FTIR, and specific mass by helium pycnometry. Initially, the four hydrogels were compared in relation to a control trial without the addition of polymer; so, the biodiesel and water were mixed in such a way that the initial water content was approximately 10 000 ppm (m/m). When the biofuel was treated in batch tests at 25 ºC and 200 rpm containing 0.4\% (w/v) of polymer, it was shown that all hydrogels removed water. Furthermore, it is noteworthy that the greatest removal of free water (95\%) was achieved when the biodiesel was treated with the sodium polyacrylate hydrogel. Thus, this material was selected for the chemical composition optimization through a fractional factorial design (2$^{4-1}$), in which the factors were the substances concentrations in the polymer and the response, the final water content after 30, 60 and 120 min of contact time. The results indicated the sodium acrylate concentration and the crosslinker concentration were significant factors with 90\% confidence level. Thus, a polymer formulation was selected for a study of removal kinetics. Finally, the composition-optimized hydrogel was applied to biodiesel-free water mixture at different contact times. As a result, it was observed the water removal using sodium polyacrylate was around 96\% when biodiesel was batch treated for 2 h; when the contact time increased to 24 h, it was possible to remove approximately 99\% of the free water content compared to the control assay. Therefore, the evidence collected in this work supports the idea that the free water from biodiesel can be removed by hydrogels; also, the best performance will be when the biofuel is treated with the sodium polyacrylate hydrogelMestradoEngenharia QuímicaMestre em Engenharia QuímicaCAPES88887.461572/2019-00[s.n.]Fregolente, Leonardo Vasconcelos, 1980-Maciel, Maria Regina Wolf, 1955-Lona, Liliane Maria FerraresoRizzi Júnior, Antonio CarlosUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia QuímicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia QuímicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASDourado, Marcelo De Luccas, 1993-20212021-12-06T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf1 recurso online (91 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/8060DOURADO, Marcelo De Luccas. Desenvolvimento de hidrogéis neutros e iônicos para a remoção de água livre do biodiesel. 2021. 1 recurso online (91 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/8060. 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