Reator de membrana catalítica polimérica na produção de biodiesel. Otimização da atividade do CaO como catalisador e soluções para maior eficiência da membrana

Abstract

O biodiesel, apesar de ser considerado uma alternativa promissora ao diesel fóssil, tem como principal entrave comercial o alto custo de produção. O desenvolvimento de membranas catalíticas oferece a possibilidade de reduzir o custo, além de ser ecologicamente mais amigável. A aplicação destas em reatores de membrana permite realizar a reação com a separação simultânea dos subprodutos e eliminar a etapa de separação do catalisador, porém, é uma tecnologia ainda pouco explorada. A presente tese tem o objetivo de contribuir para a viabilidade técnica do uso de reator de membrana catalítica polimérica na produção de biodiesel empregando óxido de cálcio (CaO) derivado de resíduos industriais como catalisador. O emprego de catalisadores obtidos de biomassa contribui para o desenvolvimento de um processo económica e ambientalmente sustentável. Cascas de ovo, ostra e amêijoa foram caracterizadas e utilizadas como fontes de CaO. A atividade catalítica do óxido foi otimizada com o aumento da área específica das partículas através da aplicação de duas técnicas: irradiação de ultrassons e ciclos de hidratação-desidratação-calcinação. O melhor resultado foi obtido com o catalisador derivado de casca de ostra submetido a dois ciclos de hidratação-desidratação-calcinação (OHYD2), o qual exibiu uma atividade quase 3 vezes maior com relação ao catalisador não tratado. Nesta primeira etapa, a atividade catalítica foi avaliada em reações de síntese de biodiesel a partir de óleo de soja em reator do tipo batelada. Em uma segunda etapa, membranas catalíticas poliméricas foram produzidas buscando o melhor balanço entre atividade e seletividade. Pelos bons resultados apesentados em estudos prévios do grupo, a membrana de poli (álcool vinílico) (PVA) reticulada com hexametileno diisocianato (HDI) (14%) com carga de catalisador (casca de ovo calcinada) de 20% foi utilizada inicialmente como referência. A partir daí, diferentes configurações com relação a carga de catalisador, reticulação e material polimérico foram avaliadas e testadas. A membrana obtida através de novo método de preparação, com blenda polimérica de PVA (80% m/m) e k-carragenana (20% m/m), com 20% de carga de OHYD2 e 14% de reticulação com HDI apresentou o melhor balanço entre atividade e seletividade deste trabalho. As performances das membranas foram avaliadas através de reações de metanólise do óleo de soja em reator de membrana do tipo contator.