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Title: Avaliação de catalisadores superácidos de SO4 2-/ZrO2 destinados à reação de esterificação do óleo de algodão para produção de biodiesel.
Other Titles: Evaluation of superacid SO4 2- / ZrO2 catalysts for the esterification reaction of cotton oil for biodiesel production.
???metadata.dc.creator???: SILVA, Francisco Nilson da.
???metadata.dc.contributor.advisor1???: COSTA, Ana Cristina Figueiredo de Melo.
???metadata.dc.contributor.advisor-co1???: PALLONE, Eliria Maria de Jesus Agnolon.
???metadata.dc.contributor.referee1???: OLIVEIRA , Líbia de Sousa Conrado.
???metadata.dc.contributor.referee2???: SANTOS , Polyana Tarciana Araújo dos.
???metadata.dc.contributor.referee3???: SILVA , Adriano Sant’Ana da.
???metadata.dc.contributor.referee4???: DANTAS, Joelda.
Keywords: Zircônia;Sulfatação;Reação de Combustão;Catalisador;Esterificação;Biodiesel;Reúso;Zirconia;Sulfation;Combustion Reaction;Catalyst;Esterification;Reuse
Issue Date: 29-Aug-2017
Publisher: Universidade Federal de Campina Grande
Citation: SILVA, F. N. da. Avaliação de catalisadores superácidos de SO4 2-/ZrO2 destinados à reação de esterificação do óleo de algodão para produção de biodiesel. 2017. 78 f. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Centro de Ciências e Tecnologia, Universidade Federal de Campina Grande, Paraíba, Brasil, 2017.
???metadata.dc.description.resumo???: O objetivo desta pesquisa foi obter duas zircônias por reação de combustão (nomeadas ZS e ZSY), avaliando dois métodos de impregnação do íon sulfato na superfície da amostra de zircônia sintetizada (ZS), a fim de se obter um catalisador sulfatado com máximo de acidez possível, ou seja, pH baixo. De início, as amostras ZS e ZSY foram obtidas por reação de combustão em batelada de 15 g do produto, usado como precursor o n-propóxido de zircônio IV e ureia para produzir a ZS e npropóxido de zircônio IV, nitrato de ítrio hexahidratado e ureia na produção da ZSY. A amostra sintetizada (ZS) mostrou a formação da fase majoritária monoclínica com traços da fase tetragonal, com tamanho de cristalito 25,35 nm e cristalinidade 77,6 %, e a amostra ZYS evidenciou a fase tetragonal como majoritária e a fase monoclínica como secundária, com tamanho de cristalito 17,79 nm e cristalinidade 76,6 %. Para as amostras sulfatadas, também foram observadas a presença das mesmas fases relacionadas nas amostras ZS e ZSY com os seguintes tamanhos de cristalitos e cristalinidades: 25,56 nm e 77,3 % para a amostra ZS-IMA e 26,63 nm e 76,5 % para a amostra ZSY-IMA. O método de impregnação do íon sulfato sobre a superfície da amostra escolhida (SZ) que apresentou o melhor índice de pH foi o IMA, sendo 2,2 contra 3,6 do método IFM (descartado). O melhor método de sulfatação utilizado na amostra ZS também foi utilizado na amostra sintetizada ZSY e em uma amostra comercial (ZC) de fase monoclínica, cedido pela empresa Saint-Gobain Zirpro, para efeitos comparativos. Ambas amostras apresentaram morfologia homogênea, constituída de partículas finas de formatos aproximadamente esféricos, nanométricos (com tamanhos de partículas variando entre 44 e 58 nm, conforme MEV, DG e BET) e compactação mais acentuada após sulfatação, mediante imagens de MEV. A análise cromatográfica indicou conversões de ésteres etílicos de 27,57; 28,31 e 32,16 % para as amostras não sulfatadas e variações de 80,36 a 99,60 % para as amostras sulfatadas, respectivamente. Os resultados indicaram que a diferenciação nos dois métodos de impregnação foi essencial para a escolha do melhor método de impregnação do íon sulfato na ZrO2, o que contribuiu significativamente para a escolha do melhor método de impregnação, e com isto, no andamento da pesquisa. As variações nos tempos reacionais possibilitaram identificar o catalisador (ZSY) que mais favoreceu o processo catalítico, atingindo uma média de conversão de ésteres etílicos de 98,57 %, 3,11 % maior que a meta estipulada pela Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis – ANP. O reuso apresentou um decréscimo médio no teor de ésteres de aproximadamente 6,05 % para cada ciclo de reaproveitamento do catalisador, foto este que pode ser ressarcido pela adição de menos íon sulfato no catalisador de reuso, se comparado à impregnação do íon sulfato em um catalisador original (sem reuso).
Abstract: The objective of this research was to obtain two zirconia by combustion reaction (named ZS and ZSY), evaluating two impregnation methods of the sulfate ion on the surface of the synthesized zirconia sample (ZS), in order to obtain a sulfated catalyst with maximum possible acidity, that is, low pH. Initially, the samples ZS and ZSY were obtained by combustion reaction in batch of 15 g of the product, used IVzirconium n-propoxide and urea as precursor to produce ZS and zirconium npropoxide IV, hexahydrate yttrium nitrate and urea in the production of ZSY. The synthesized sample (ZS) has shown the formation of the monoclinic majority phase with traces of the tetragonal phase, with a crystallite size of 25.35 nm and a crystallinity of 77.6%, and the sample ZYS has shown the tetragonal phase as the majority and the monoclinic phase as secondary, with crystallite size of 17.79 nm and crystallinity of 76.6%. For the sulfated samples, the same related phases were also observed in the samples ZS and ZSY with the following crystallite and crystallinity sizes: 25.56 nm and 77.3% for the sample ZS-IMA and 26.63 nm and 76.5% for the sample ZSY-IMA. The impregnation method of the sulfate ion on the surface of the selected sample (SZ) that presented the best pH index was the IMA, being 2.2 compared to 3.6 of the IFM method (discarded). The best sulfation method used in the sample ZS was also used in the synthesized sample ZSY and in a commercial sample (ZC) of monoclinic phase, provided by Saint-Gobain Zirpro company, for comparison purposes. Both samples presented homogeneous morphology, consisting of fine particles of approximately spherical shapes, nanometric (with particle sizes varying between 44 and 58 nm, according to MEV, DG and BET) and more accentuated compaction after sulfation by MEV images. Chromatographic analysis indicated conversions of ethyl esters of 27.57; 28.31 and 32.16% for the non-sulfated samples and variations from 80.36 to 99.60% for the sulfated samples, respectively. The results indicated that the differentiation in both impregnation methods was essential for the choice of the best impregnation method of the sulfate ion in ZrO2, which contributed significantly to choice the best impregnation method, and with this, to course the research. The variations in reaction times made it possible to identify the catalyst (ZSY) that favored the catalytic process, achieving a conversion average of ethyl esters of 98.57%, 3.11% higher than the target stipulated by the Petroleum, Natural Gas and Biofuels National Agency (Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis – ANP). The reuse had a mean decrease in the ester content of approximately 6.05% for each cycle of reuse of the catalyst,which can be compensated by the addition of less sulfate ion in the reuse catalyst, when compared to the impregnation of the sulfate ion in an original catalyst (without reuse).
Keywords: Zircônia
Sulfatação
Reação de Combustão
Catalisador
Esterificação
Biodiesel
Reúso
Zirconia
Sulfation
Combustion Reaction
Catalyst
Esterification
Reuse
???metadata.dc.subject.cnpq???: Engenharia de Materiais
URI: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/16416
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