Estudo da produção de biodiesel por transesterificação catalisada por líquidos iónicos

O biodiesel é um biocombustível gerado a partir de biomassa renovável capaz de substituir o gasóleo em motores a combustão. No presente trabalho, estudou-se a influência da aplicação do líquido iónico 1-metilimidazólio hidrogenossulfato [HMIM]HSO4 na catálise da reação de transesterificação das misturas de triglicerídeos presentes em um óleo simulado pela incorporação de ácido oleico num óleo alimentar usado. A influência dos parâmetros: percentual de incorporação de ácido oleico (20 % e 40 %), razão molar óleo/metanol (1:20 e 1:40) e tempo de reação (4 h e 8 h) foi estudada utilizando uma Metodologia de Superfície de Resposta (MSR) a partir de um planeamento experimental baseado num Fatorial Total 2³, avaliando duas respostas: a conversão do óleo simulado e o conteúdo em FAME no biodiesel produzido. Na análise dos resultados experimentais obtidos, conclui-se que para ambas as respostas, os três fatores estudados foram significativos. As condições reacionais mais favoráveis para a resposta conversão correspondem a um tempo de reação de 8 h, razão molar óleo/metanol 1:40, incorporação de ácido oleico de 20 %, temperatura de 90 ºC e uma dosagem de 10 %wt. do catalisador LI, com uma conversão média de 96.6 %. As condições reacionais mais favoráveis para a resposta conteúdo em FAME correspondem a uma incorporação de ácido oleico de 40 %, tempo de reação de 8 h, razão molar óleo/metanol 1:20, temperatura de 90 ºC e uma dosagem de 10 %wt. do catalisador LI, com uma conversão média de 36.5 %. A recuperação e reutilização do líquido iónico foi estudada nas seguintes condições: incorporação de ácido oleico de 40 %, razão molar óleo/metanol em 1:40, tempo de reação de 8 h, temperatura 90 ºC e dosagem de LI como catalisador em 10 %wt., em cinco ensaios consecutivos. Obteve-se uma taxa de conversão decrescente ao decorrer dos ensaios, porém maior que 85 %, enquanto que o conteúdo em FAME se manteve próximo da média de 35 % nos primeiros quatro ensaios e 30 % no quinto ensaio. Para promover a reação de transesterificação do óleo alimentar usado, estudou-se igualmente a utilização em simultâneo do LI e NaOH nas seguintes condições: temperatura 90 ºC, tempo de reação 8 h, dosagem de LI 10 %wt., razão molar óleo/metanol de 1:40 e dosagem em NaOH de 10 %, 30 %, 50 %, 70 %, 90 % e 100 % do valor 0.4 %wt. utilizado como referência. Todas as reações apresentaram taxas de conversão elevadas, 90 %, e conteúdos de FAME menores que 1 %, indicando a saponificação da reação pelo NaOH e a esterificação pelo LI. Em conclusão, o LI não foi capaz de promover a reação de transesterificação, porém apresentou ótimos resultados como catalisador da reação de esterificação.

Biodiesel is a liquid biofuel generated from renewable biomass capable of replacing diesel in combustion engines. In the present work, it is studied the influence of the application of 1-methylimidazolium hydrogen sulfate [HMIM]HSO4 ionic liquid in the catalysis of the transesterification reaction of the triglyceride mixtures present in a simulated oil through the incorporation of oleic acid in a waste cooking oil. The influence of the percentage incorporation of oleic acid (20 % and 40 %), molar ratio oil/methanol (1:20 and 1:40) and reaction time (4 h and 8 h) was studied by a response surface methodology (RSM) from an experimental planning based on a Full Fatorial Design 2³, evaluating two responses: the conversion of the simulated oil and the FAME content on the produced biodiesel samples. The experimental results obtained show that for both responses, the three studied factors were significant. The best reaction conditions for the conversion response were a reaction time of 8 h, molar ratio 1:40, incorporation of oleic acid of 20 %, temperature of 90 °C and dosage of 10 % wt. of the catalyst achieving an average conversion of 96.6 %. The best reaction conditions for FAME response were 40 % oleic acid incorporation, reaction time 8 h, molar ratio of 1:20, a temperature reaction of 90 °C and 10 %wt. catalyst dosage for an obtained mean conversion of 36.5 %. Recovery and reuse of the IL occurred under the following conditions: incorporation of 40 % oleic acid, molar ratio oil/methanol 1:40, reaction time of 8 h, temperature 90 °C and dosing of 10 %wt. catalyst in five consecutive experiments. A decreasing conversion rate was achieved over the course of the measurements, more than 85 %, while the FAME content remained near an average of 35 % in the first four experiments and fell to 30 % in the fifth recover experiment. To promote the transesterification reaction of the waste cooking oil, the use of the IL and NaOH simultaneously was tested under the following conditions: temperature 90 °C, reaction time 8 h, dosage of IL 10 %wt., molar ratio oil/methanol 1:40 and dosage of NaOH ranging from 10 %, 30 %, 50 %, 70 %, 90 % and 100 % of the reference value of 0.4 %wt.. All reactions showed high conversion rates, 90 % and very low FAME contents, less than 1 %, indicating saponification of the NaOH reaction and esterification by IL. In conclusion, the IL was not able to promote the transesterification reaction, however presented excellent results as a catalyst for the esterification reaction.