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Title: Avaliação de catalisadores a base de carvão da pirólise do lodo de esgoto e carbetos de molibdênio na transesterificação metílica do óleo de soja
Other Titles: Catalytic evaluation of coal derived from sewage sludge pyrolysis and molybdenum carbides materials from methyl transesterification reaction of soybean
Authors: Alexandrino, Angelinne Costa
Keywords: Óleo de soja;Transesterificação;Carbetos de molibdênio;Carvão do lodo de esgoto;Biodiesel;Modelo cinético
Issue Date: 29-Sep-2017
Citation: ALEXANDRINO, Angelinne Costa. Avaliação de catalisadores a base de carvão da pirólise do lodo de esgoto e carbetos de molibdênio na transesterificação metílica do óleo de soja. 2017. 135f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2017.
Portuguese Abstract: Há décadas que a produção de combustíveis alternativos visando à substituição do petróleo e de seus derivados tem despertado o interesse de muitos pesquisadores em todo o planeta. Biodiesel é uma alternativa renovável, o qual pode ser produzido a partir de óleos residuais, gorduras animais e óleos vegetais através do processo de transesterificação heterogênea utilizando álcoois. Nesse contexto, catalisadores heterogêneos têm se apresentado como potencial na produção de biodiesel em razão da possibilidade do seu reuso e por ser um processo mais limpo e eficiente. No presente trabalho, carvão ativado obtido da pirólise do lodo de esgoto (C.A), Mo2C, Mo2C/C.A e Ni (20%)-Mo2C/C.A foram avaliados no processo de transesterificação metílica do óleo de soja refinado visando à produção de biodiesel. O carvão do lodo foi tratado com o KOH no sentido de abrir os poros e promover maior área especifica de contato, seguido de ativação física. Os catalisadores a base de molibdênio foram sintetizados a partir da reação gás-sólido utilizando como precursor heptamolibdato de amônio e uma mistura de CH4/H2. Todos os materiais foram caracterizados utilizando as análises de TG, DRX, FRX, MEV, B.E.T e granulometria a laser. O processo de transesterificação foi avaliado em um reator de mistura constituído de um sistema de aquecimento e refluxo da fase alcoólica. Em temperatura constante de 65 oC, as condições operacionais estudadas para a reação foram: a natureza e concentração mássica (1 a 5%) do catalisador em relação à massa do óleo, a razão molar óleo/álcool (1/6 a 1/18), o pH do meio reacional (2,0 a 8,5), o tempo de reação (3 e 5 h) e a velocidade de agitação da fase líquida (450 e 600 rpm). Para todas as condições e demais catalisadores, o biodiesel foi produzido. A conversão máxima do óleo de soja encontrada foi de 27,34%, no estudo cinético, para o catalisador Mo2C/C.A nas condições operacionais de 1% de catalisador, 6 h de reação, razão molar óleo/álcool de 1/12 e pH = 5. Na análise de caracterização de uma amostra de biodiesel produzido o ponto de fulgor apresentou valor de 141 ºC, o qual está acima do mínimo especificado pela ANP. Um modelo cinético pseudo homogêneo foi utilizado, para o catalisador Mo2C/C.A através do qual foi mostrado que os resultados experimentais se ajustaram satisfatoriamente a uma cinética de 1ª ordem, cuja constante cinética de velocidade teve como valor 0,0009 min-1.
Abstract: For decades, the production of environment-friendly fuels, as alternative power sources for oil, has gained attention and interest of researchers worldwide. Biodiesel is a renewable alternative fuel that can be obtained from residual oils, animal fat and vegetable oils through heterogeneous transesterification reaction using alcohol. In this context, heterogeneous catalyst present potential for biodiesel production as they can be regenerated and provide a cleaner and more efficient process. In this work, several molybdenum carbide catalysts were tested for the transesterification reaction of soybean oil with methanol towards producing biodiesel. These catalysts were pure Mo2C, Mo2C supported over activated carbon (A.C), pure A.C and bimetallic Ni (20%)-Mo2C/A.C being this support produced from sewage sludge pyrolysis. The pyrolysis product was treated with KOH, in order to increase its porosity and promote a larger specific surface area, and later physically activated. Gas solid reaction with CH4 and H2 atmosphere was used to produce the studied molybdenum derived catalysts, and ammonium molybdate was used as molybdenum source in all cases. All catalysts were characterized in a TG, XDR, XFR, SEM, B.E.T and laser particle size analysis basis. Their activity towards transesterification reaction was evaluated by using a mixing reactor with temperature control and alcohol reflux at 65 °C. The parameters that were manipulated for this experimental evaluation were: type and mass concentration of the catalyst (1 to 5%), oil/alcohol ratio (1/6 to 1/18), pH (2.0 to 8.5), reaction time (3 and 5h) and liquid phase agitation speed (450 and 600 rpm). For all conditions and other catalysts, biodiesel was produced. The maximum conversion found was 27.34% for the Mo2C/A.C catalyst under the operating conditions of 1% catalyst, 6 h reaction, oil/alcohol ration of 1/12 and pH = 5. In the characterization analysis of a sample of biodiesel produced the flash point presented a value of 141 ºC, which is above the minimum specified by the ANP. A pseudo homogeneous kinetics model was used, and experimental data presented agreement with a 1st order reaction with speed rate constant of 0,0009 min-1.
URI: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/24504
Appears in Collections:PPGEQ - Doutorado em Engenharia Química

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