Produção de catalisador de TiO2 por síntese hidrotermal assistida por micro-ondas para esterificação fotocatalítica na produção de biodiesel

Abstract

A busca por alternativas sustentáveis para a produção de biodiesel tem incentivado o desenvolvimento de novos processos e catalisadores, sendo uma dessas alternativas o dióxido de titânio (TiO2). Assim, o presente trabalho teve como objetivo avaliar a aplicação de materiais catalisadores de TiO₂, sintetizados pelo método hidrotérmico assistido por micro-ondas sem as etapas de lavagem química e tratamento térmico, no processo de esterificação fotocatalítica, a fim de analisar o impacto dessas alterações nas propriedades do material e na porcentagem de produção de biodiesel. A simplificação do processo de síntese apresenta um importante contexto ambiental, reduzindo o consumo de reagentes químicos e de energia. As amostras sintetizadas apresentaram estruturas predominantemente amorfas, com baixa proporção de fase anatase e elevada presença de titanato de sódio, características que limitaram a eficiência fotocatalítica. Os resultados indicaram que, ao invés da esperada esterificação do ácido oleico em oleato de metila, ocorreu predominantemente a transesterificação, resultando em glicerina como produto reacional. A formação de nanofolhas com baixa cristalinidade e pequena área superficial, associada à ausência de tratamento térmico, contribuiu para a preservação de sódio residual, que atuou como centros de recombinação eletrônica, comprometendo as reações fotocatalíticas. Além disso, a amostra composta por TiO₂ P25 mostrou maior eficiência na conversão de biodiesel, destacando a importância da presença da fase anatase e da estrutura cristalina para otimizar a atividade catalítica.

The search for sustainable alternatives for biodiesel production has driven the development of new processes and catalysts, with titanium dioxide (TiO₂) being one such alternative. Thus, the aim of the present study was to evaluate the application of TiO₂ catalyst materials, synthesized via a microwave-assisted hydrothermal method without the steps of chemical washing and heat treatment, in the photocatalytic esterification process, in order to assess the impact of these modifications on the material properties and biodiesel production yield. The simplification of the synthesis process presents significant environmental implications, reducing the consumption of chemical reagents and energy. The synthesized samples exhibited predominantly amorphous structures, with a low proportion of the anatase phase and a high presence of sodium titanate, characteristics that limited the photocatalytic efficiency. The results indicated that, rather than the expected esterification of oleic acid into methyl oleate, transesterification predominantly occurred, resulting in glycerin as the reaction product. The formation of nanoflakes with low crystallinity and small surface area, coupled with the absence of heat treatment, contributed to the preservation of residual sodium, which acted as electron recombination centers, compromising photocatalytic reactions. Furthermore, the sample of TiO₂ P25 demonstrated higher efficiency in biodiesel conversion, highlighting the importance of the anatase phase and crystalline structure for optimizing catalytic activity.