Desenvolvimento de catalisadores heterogêneos suportados em carvões ativados e aplicações na síntese de biodiesel
| dc.contributor.advisor1 | Freitas, Jair Carlos Checon de | |
| dc.contributor.advisor1ID | https://orcid.org/0000000244742474 | |
| dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/3074997830683878 | |
| dc.contributor.author | Faria, Diego Nunes | |
| dc.contributor.authorLattes | http://lattes.cnpq.br/6331723493236358 | |
| dc.contributor.referee1 | Baranano, Audrei Gimenez | |
| dc.contributor.referee1ID | https://orcid.org/0000000201745202 | |
| dc.contributor.referee1Lattes | http://lattes.cnpq.br/6155024776819193 | |
| dc.contributor.referee2 | Machado, Marta Albuquerque | |
| dc.contributor.referee2ID | https://orcid.org/0000-0001-8335-3351 | |
| dc.contributor.referee2Lattes | http://lattes.cnpq.br/5991893415892784 | |
| dc.contributor.referee3 | Cunha Neto, Álvaro | |
| dc.contributor.referee3ID | https://orcid.org/0000-0002-1814-6214 | |
| dc.contributor.referee3Lattes | http://lattes.cnpq.br/7448379486432052 | |
| dc.contributor.referee4 | Perez, Victor Haber | |
| dc.contributor.referee4ID | https://orcid.org/0000-0003-3483-5471 | |
| dc.contributor.referee4Lattes | http://lattes.cnpq.br/7775566747895072 | |
| dc.date.accessioned | 2024-05-30T00:50:02Z | |
| dc.date.available | 2024-05-30T00:50:02Z | |
| dc.date.issued | 2020-05-28 | |
| dc.description.abstract | The development of heterogeneous catalysts useful in the reaction of biodiesel synthesis constitutes a subject of high interest from the environmental and technological points of view. This work describes the preparation and characterization of a series of heterogeneous catalysts supported on activated carbons and their use in the synthesis of biodiesel from soybean oil. In a first stage of the work, different materials containing Ca and Na compounds dispersed in a commercial activated carbon were prepared by wet impregnation followed by heat treatments. Three different wet impregnation routes were employed. The first two routes involved the co-precipitation method, with Ca(NO3)2.4H2O as the source of calcium and NaOH (route 1) or NH4OH (route 2) as the precipitating agent, which were mixed with the activated carbon in aqueous suspension; in the third method (route 3), NaOH and CaO were mixed directly with the activated carbon in aqueous suspension. The prepared materials were heat treated at 800 ºC for 3 h under argon flow. The changes caused by heat treatments in the temperature range from 500 to 800 ºC were also investigated in the case of the catalyst prepared by route 3, with the characterization of the Na- and Ca-containing phases formed at each temperature. The catalytic efficiency of the prepared materials was analyzed by evaluating their performance in the production of biodiesel by the transesterification reaction of soybean oil with methanol. The best catalytic efficiency was achieved for the Na,Ca-based catalyst prepared by route 3, composed mainly by a mixture of CaO and Na2CO3 crystals dispersed in the porous carbon network. Catalytic recycling tests were also carried out to assess the possibility of reusing the catalyst, which revealed a drop in activity after three cycles; however, the reused catalyst still showed significant activity, attributed to the permanence of Na+ ions in the porous carbon structure. The analysis of the Ca and Na contents in the biodiesel samples synthesized in the three reaction cycles revealed relatively low metal amounts leached into the biodiesel. In another stage of the work, heterogeneous catalysts containing Na, Li and K carbonates dispersed in a char derived from coffee husk were produced from the reaction between the char and the respective alkali hydroxides during heat treatment up to 700 ºC. The catalysts containing Li and K carbonates showed high activity only in the first use, since the effects associated with the leaching of the active phases or the permanence of reaction byproducts in the catalyst surface caused a significant drop in the biodiesel conversion yields in successive reuse cycles. The best results were achieved for the catalysts containing Na2CO3 particles, which exhibited high catalytic activity even after three reuse cycles; this feature was attributed to the permanence of the Na2CO3 active phase in the char support. The results obtained show that the chosen routes are promising for the development of heterogeneous carbon-supported Na,Ca-based catalysts, with considerable surface area and good catalytic activity in the transesterification reaction for biodiesel production, being easily recycled and reused in several reaction cycles. | |
| dc.description.resumo | O desenvolvimento de catalisadores heterogêneos eficientes na reação de síntese de biodiesel constitui um tema de elevado interesse dos pontos de vista ambiental e tecnológico. Este trabalho trata da preparação e caracterização de uma série de catalisadores heterogêneos suportados em carvões ativados e de sua utilização na síntese de biodiesel a partir de óleo de soja. Em uma primeira vertente do trabalho, diferentes materiais contendo compostos de Ca e Na dispersos em carvão ativado foram preparados por 3 diferentes rotas de impregnação úmida seguida de tratamentos térmicos. As duas primeiras rotas envolveram o método de co-precipitação, com Ca(NO3)2.4H2O como fonte de cálcio e NaOH (via 1) ou NH4OH (via 2) como agente precipitante, que foram misturados com o carvão ativado em suspensão aquosa; no terceiro método (via 3), NaOH e CaO foram misturados diretamente com o carvão ativado em suspensão aquosa. Os materiais preparados foram tratados termicamente a 800 ºC por 3 h sob fluxo de argônio. As alterações causadas por tratamentos térmicos na faixa de temperatura de 500 a 800 °C no catalisador preparado pela rota 3 foram também investigadas, sendo caracterizadas as fases contendo Na e Ca produzidas em cada temperatura. A atividade catalítica dos materiais preparados foi analisada avaliando seu desempenho na produção de biodiesel pela reação de transesterificação do óleo de soja com metanol. A melhor atividade foi alcançada para o catalisador à base de Na e Ca preparado pela rota 3, composto principalmente por uma mistura de cristais de CaO e Na2CO3 dispersos na matriz porosa carbonácea. Também foram realizados testes de reutilização catalítica para avaliar a possibilidade de reúso do catalisador, que revelaram uma queda na atividade após três ciclos; no entanto, os catalisadores reutilizados ainda apresentaram atividade significativa, atribuída à permanência dos íons Na+ na estrutura porosa do carbono. A análise dos teores de Ca e Na nas amostras de biodiesel sintetizadas nos três ciclos reacionais revelaram concentrações relativamente baixas de metais lixiviados no biodiesel. Em outra vertente do trabalho, foram produzidos e caracterizados catalisadores heterogêneos contendo carbonatos de Na, Li e K dispersos em um carvão vegetal obtido a partir da carbonização da palha de café, partindo da reação entre o carvão e os respectivos hidróxidos alcalinos durante tratamento térmico até 700 ºC. Os catalisadores contendo os carbonatos de Li e K apresentaram elevada atividade apenas no primeiro uso, já que os efeitos de lixiviação das fases ativas ou a permanência de subprodutos da reação na superfície do catalisador causaram expressiva queda na conversão nos ensaios de reúso. Os melhores resultados foram obtidos para os catalisadores contendo Na2CO3, que apresentaram alta atividade catalítica mesmo após três ciclos de reúso, o que foi atribuído à permanência da fase ativa de Na2CO3 no suporte do carvão vegetal. Os resultados obtidos mostram que as rotas utilizadas são promissoras para produção de catalisadores contendo compostos de Na e/ou Ca dispersos em materiais carbonosos porosos, os quais apresentam elevada atividade catalítica na síntese de biodiesel e podem ser facilmente reaproveitados em vários ciclos de reúso. | |
| dc.description.sponsorship | Fundação Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) | |
| dc.format | Text | |
| dc.identifier.uri | https://dspace5.ufes.br/handle/10/15152 | |
| dc.language | por | |
| dc.publisher | Universidade Federal do Espírito Santo | |
| dc.publisher.country | BR | |
| dc.publisher.course | Doutorado em Química | |
| dc.publisher.department | Centro de Ciências Exatas | |
| dc.publisher.initials | UFES | |
| dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Química | |
| dc.rights | open access | |
| dc.subject | Catalisadores heterogêneos | |
| dc.subject | Carvões ativados | |
| dc.subject | Transesterificação | |
| dc.subject | Carbonatos | |
| dc.subject | Reuso | |
| dc.subject.br-rjbn | subject.br-rjbn | |
| dc.subject.cnpq | Química | |
| dc.title | Desenvolvimento de catalisadores heterogêneos suportados em carvões ativados e aplicações na síntese de biodiesel | |
| dc.title.alternative | Development of heterogeneous catalysts supported on activated carbon and applications in biodiesel synthesis | |
| dc.type | doctoralThesis |
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