Síntese e caracterização de óxidos de zinco e de magnésio suportados em A1SBA-15 para produção de biodiesel

Para superar o desafio de atender a crescente demanda por energia de forma sustentável, o biodiesel tem se demonstrado bastante promissor como alternativa energética, que possa substituir os combustíveis fosseis, mesmo que parcialmente. Industrialmente, o biodiesel é produzido através de reação homogênea de transesterificação de óleos vegetais na presença de espécies básicas utilizadas como catalisadores. Entretanto, este processo há a necessidade de purificação dos ésteres obtidos e a remoção da glicerina formada após a reação. Diante deste contexto, tem-se buscado catalisadores alternativos, que possa aprimorar o processo de produção de biodiesel, visando diminuir os custos e facilitar a sua produção. Neste trabalho, foram sintetizados o suporte AlSBA-15 na razão Si/Al = 50, e os catalisadores heterogêneos de óxido de zinco e de magnésio suportado sobre sílica mesoporosa AlSBA-15, nas concentração de 5, 10, 15 e 30 %, com relação ao suporte. As propriedades texturais e a caracterização estrutural dos catalisadores e do suporte foram determinadas pelas técnicas de: difratometria de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia eletrônica de transmissão (MET) acoplada ao analisador químico, adsorção/dessorção de N2, análise térmica (TG/DTG), espectroscopia de absorção na região do infravermelho (FTIR) e espectroscopia fotoeletrônica de raios X (XPS). Os resultados de caracterização indicaram que o suporte AlSBA-15 preservou a estrutura hexagonal ordenada, após a incorporação do óxido de zinco e do óxido de magnésio no suporte. Em relação aos catalisadores heterogêneos, ZnO-AlSBA-15, observou-se a presença de nanopartículas de óxido de zinco dispersas na superfície e no interior dos canais microporosos e mesoporosos do suporte. A atividade catalítica foi avaliada pela reação de transesterificação do óleo de girassol via rota metílica, e alguns parâmetros reacionais foram otimizados com o catalisador mais ativo na produção de biodiesel pelo óleo de girassol. Para as séries de catalisadores heterogêneos, a amostra com 30 % ZnO suportado na AlSBA-15 apresentou melhor conversão dos triglicerídeos em ésteres metílicos, cerca de 95,41 %, nas condições reacional de: temperatura de 175 ºC, com razão molar de 42:1, em agitação de 200 rpm e sob pressão de 14 bar durante 6 h. O catalisador MgO-AlSBA-15 não apresentou atividade catalítica nas reações estudadasTo overcome the challenge of meeting growing energy demand in a sustainable way, biodiesel has shown very promising as alternative energy can replace fossil fuels, even partially. Industrially, the biodiesel is produced by homogeneous transesterification reaction of vegetable oils in the presence of basic species used as catalysts. However, this process is the need for purification of the esters obtained and the removal of glycerin formed after the reaction. This context, the alternative catalysts have that can improve the process of biodiesel production, aiming to reduce costs and facilitate its production. In this study, the AlSBA-15 support with Si / Al ratio = 50 was synthesized, as like as the heterogeneous catalysts of zinc oxide and magnesium supported on mesoporous AlSBA-15 silica, in the concentrations of 5, 10, 15 and 30 %, relative to the support. The textural properties and structural characterization of catalysts and supports were determined by techniques: X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM) coupled to the chemical analyzer, adsorption / desorption of N2, thermal analysis (TG / DTG), absorption spectroscopy in the infrared (FTIR) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Characterization results indicated that the support AlSBA-15 retained the hexagonal ordered after the incorporation of zinc oxide and magnesium oxide in the holder. For heterogeneous catalysts, ZnO-AlSBA-15, that was observed the presence of zinc oxide nanoparticles dispersed in the surface and interior channels of the mesoporous and microporous support. The catalytic activity was evaluated by the transesterification reaction of sunflower oil via methylic route, and some reaction parameters were optimized with the most active catalyst in biodiesel production by sunflower oil. For the series of heterogeneous catalysts, the sample with 30 % ZnO supported on AlSBA-15 showed a better conversion of triglyceride to methyl esters, about 95.41 % of reaction conditions: temperature 175 °C, with molar ratio of 42:1, stirring at 200 rpm and under a pressure of 14 bar for 6 h. The catalyst MgO-AlSBA-15 showed no catalytic activity in the studied reaction