Obtenção de óxidos mistos SiO2-ZrO2 por método sol-gel e avaliação da sua atividade catalítica na reação de transesterificação do óleo de soja

Abstract

O biodiesel é o segundo biocombustível mais consumido no mundo. Atualmente ele é obtido a partir dos óleos de palma, soja e canola que representam quase 90% do custo de produção. Visando reduzir este custo, novos catalisadores têm sido projetados para serem empregados em processos com matérias-primas mais baratas, ricas em ácidos graxos livres. Óxidos mistos à base de ZrO2 são catalisadores conhecidos e podem apresentar características promissoras para a catálise ácida do biodiesel. Além disso, por se tratar de um catalisador heterogêneo, este óxido pode ainda ser recuperado e reutilizado. Neste estudo, óxidos mistos SiO2-ZrO2 foram obtidos a partir de uma solução comercial de Na2SiO3 (45%) e ZrOCl2 pelo método sol-gel. A influência da presença do surfactante brometo de cetiltrimetilamônio (CTAB) no meio reacional foi avaliada. Os materiais obtidos foram analisados por DSC e tratados termicamente em diferentes temperaturas (550, 600, 650 e 900 °C) e caracterizados por DRX, FTIR e MEV. O desempenho catalítico foi testado na reação de transesterificação do óleo de soja com metanol para a obtenção de biodiesel, com a conversão da reação avaliada por RMN-H. A análise térmica indica estabilidade térmica dos componentes até 850 °C. Após o tratamento térmico a 900 °C, as análises de DRX confirmam a cristalização da fase tetragonal da ZrO2. O FTIR indica que há a formação de algumas heteroligações Si-O-Zr durante a precipitação dos óxidos. As micrografias mostram que as partículas são formadas por aglomerados amorfos. As isotermas de adsorção dos óxidos tratados termicamente a 550 e 600 °C são do tipo IV, típicas de materiais mesoporos. Já os óxidos submetidos a 900 °C apresentam isotermas do tipo III, característica de materiais não porosos. Nenhuma das amostras apresentou atividade catalítica na reação de transesterificação do óleo de soja com metanol nas condições empregadas.

Biodiesel is the second biofuel most used in the world. Currently, it is obtained of palm, soybean and canola oil, which represents up to 80% of the production cost. Aiming to reduce this cost, new catalysts have been developed to be used in processes with rich free fatty acids low cost feedstocks. ZrO2-based mixed oxides are known catalysts and its properties may present promising characteristics for acid catalysis of biodiesel. Furthermore, this oxide is a heterogeneous catalyst, and it can be recovered and recycled. In this study ZrO2-SiO2 mixed oxides are obtained by sol-gel method starting of a commercial Na2SiO3 solution (45%) and ZrOCl2. The influence of cetiltrimetilamonium bromide in the reactive medium is also investigated. The obtained material was analyzed by DSC and thermally treated at different temperatures (550, 600, 650 and 900 ° C). After that, it was characterized by RXD, FTIR and SEM. The catalytic activity was tested for the reaction of transesterification of soybean oil with methanol and the conversion was measured by H-RMN. The thermal analysis indicates thermal stability up until 850 °C. After thermal treatment at 900 °C de RXD analysis confirmed the tetragonal ZrO2 phase crystallization. The FTIR indicates the heterolinkages Si-O-Zr formation during the precipitation. The micrographs show particles formed by amorphous aggregates. The adsorption isotherms of mixed oxides treated at 550 and 600 °C are classified like type IV, typically of mesoporous materials. In the other hand, oxides submitted at 900 °C temperature have type III isotherms, characteristics of non-porous materials. None of the samples presented catalytic activity under the employed conditions.