BR102015033175A2 - Processo de produção de biodiesel usando catalisador de nanopartículas de prata - Google Patents
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Abstract
processo de produção de bio diesel usando catalisador de nanopartículas de prata. a presente invenção trata de um processo de produção de biodiesel através da reação de transesterificação de óleos ou gorduras com alcoóis de cadeia curta caracterizada por utilizar como catalisador nanopartículas de prata impregnada em um suporte sólido, por exemplo a sílica-gel, argilas, zeólitas etc. mais especificamente o catalisador pode ser preparado, por exemplo, a partir da impregnação da sílica gel com nitrato de prata e na sequência os íons prata são reduzidos a prata metálica formando-se as nanopartículas de prata nos poros da sílica. a reação de transesterificação de triglicerídeos em ésteres metílicos de ácidos graxos é realizada de maneira usual. a invenção tem potencial aplicação na fabricação de biodiesel.
Description
(54) Título: PROCESSO DE PRODUÇÃO DE BIODIESEL USANDO CATALISADOR DE NANOPARTÍCULAS DE PRATA (51) Int. Cl.: C10L 1/02; B01J 23/50; B01J 35/00 (52) CPC: C10L 1/02,B01J 23/50,B01J 35/006 (73) Titular(es): INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DA BAHIA - IFBA (72) Inventor(es): MARILENA MEIRA (57) Resumo: PROCESSO DE PRODUÇÃO DE BIO DIESEL USANDO CATALISADOR DE NANOPARTÍCULAS DE PRATA. A presente invenção trata de um processo de produção de biodiesel através da reação de transesterificação de óleos ou gorduras com alcoóis de cadeia curta caracterizada por utilizar como catalisador nanopartículas de prata impregnada em um suporte sólido, por exemplo a sílica-gel, argilas, zeólitas etc. Mais especificamente o catalisador pode ser preparado, por exemplo, a partir da impregnação da sílica gel com nitrato de prata e na sequência os íons prata são reduzidos a prata metálica formando-se as nanopartículas de prata nos poros da sílica. A reação de transesterificação de triglicerídeos em ésteres metílicos de ácidos graxos é realizada de maneira usual. A invenção tem potencial aplicação na fabricação de biodiesel.
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PROCESSO DE PRODUÇÃO DE BIODIESEL USANDO CATALISADOR DE NANOPARTÍCULAS DE PRATA
Campo da Invenção [001] A presente invenção se refere a um processo de produção de biodiesel a partir da reação de transesterificação de óleos ou gorduras com alcoóis de cadeia curta, tais como metanol ou etanol, utilizando como catalisador nanopartículas de prata impregnadas em um suportesólido, tal como sílica, argilas, zeólitas que são exemplos demonstrativos não limitante. A invenção tem potencial aplicabilidade na cadeia produtiva do biodiesel.
Fundamentos da Invenção [002] O principal processo de produção do biodiesel é a transesterificação onde a matéria prima, em geral óleos vegetais ou gorduras animais, é colocada para reagir com um álcool, geralmente metanol ou etanol, na presença do catalisador. Geralmente, é usada a catálise homogênea com um ácido ou base. No entanto, a catálise homogênea tem alguns inconvenientes, tais como a necessidade de haver grande excesso do álcool para deslocar o equilíbrio para a formação dos ésteres, inabilidade do catalisador para ser re-usado, demora no processo de purificação do biodiesel e formação de sabão no caso da catálise alcalina, entre outros. A catálise heterogênea é uma alternativa que minimiza o custo relacionado à separação e purificação do biodiesel. Mas, a atividade do catalisador heterogêneo é geralmente inferior à da catálise homogênea.
[003] As nanopartículas (NPs) metálicas têm sido alvo de grande interesse na cinética química pelo fato de possuírem diversas vantagens como catalisadores, tais como: são reutilizáveis, possuem alta atividade devido ao fato de possuírem uma grande área superficial por unidade de volume ou massa, e assim possuem maiores concentrações de sítios altamente reactivos [Madhuchanda Banerjee, Binita Dey, Jayanta Talukdar, Mohan Chandra Kalita. Production of biodiesel from sunflower oil using highly catalytic bimetallic gold-silver core-shell nanoparticle. Energy, Volume 69,2014, p. 695-699].
[004] Na síntese de NPs, a utilização de agentes estabilizantes é fundamental, pois sem estabilização as NPs são termodinamicamente instáveis e tendem a se agregar. Na literatura são citados como estabilizantes de NPs os surfactantes, polímeros ou outras substâncias que se adsorvem na superfície da partícula.
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Técnica relacionada [005] As NPs metálicas podem ser sintetizadas por métodos físicos e químicos. Os métodos físicos são técnicas descendentes (top-down), pois consistem na fragmentação das partículas até uma escala nanométrica. Os métodos químicos são técnicas ascendentes (bottom-up) nos quais a partir de átomos individuais em solução se vão formando pequenos agregados (NPs), cujos tamanhos são controlados com precisão. Por exemplo, através da redução química com agentes redutores, tais como hidrazina, boroidreto de sódio, citrato de sódio, entre outros, os íons metálicos são transformados em átomos isolados e, na sequencia, através da agregação desses átomos de forma controlada são produzidas as NPs. Outro método químico de produção das NPs é através da decomposição de precursores para a formação de átomos isolados. A energia necessária para decompor os precursores metálicos pode vir através de luz ultravioleta, luz visível, calor, ultrassom, microondas etc.
[006] A síntese de nanopartículas metálicas é citada em vários documentos de patentes.
[007] PI 1101028-2 se refere a um processo de síntese e incorporação de nanopartículas de prata em matrizes poliméricas hidrofílicas e uso de nanopartículas de prata. A invenção utiliza um complexo nanoestruturado de nanopartículas de prata (NPAG) e quitosana (NPAG:QS) e a posterior incorporação do mesmo em matrizes poliméricas hidrofílicas. Os nanocomplexos são obtidos em uma única etapa por meio da redução de seus íons em solução aquosa pela ação em conjunto do ácido citrico e quitosana (QS).
[008] PI 1106192-8 A2 se refere a um processo de obtenção de nanopartículas de metais nobres usando silsesquioxanos e/ou materiais híbridos iônicos a base de sílica como estabilizantes.
[009] US2010/7749299 relata um processo de produção de nanopartículas de metais consistindo na mistura da solução do íon metálico como um poliol e uma substância capaz de absorver as nanopartículas.
[010] US2006/0188772 diz respeito a um processo de síntese de nanopartículas de metais nobres a partir dos sais metálicos em solução aquosa contendo um polissacarídeo como estabilizante. [011] US2009/0074674 trata de um processo de fabricação de nanopartículas de ouro através da adição de raiz, casca ou pó de plantas contendo polifenóis e flavonóides a uma solução contendo íons de ouro, tendo a vantagem de não utilizar agentes redutores sintéticos tendo menor impacto ambiental.
3/5 [012] US2009/0117045 diz respeito a um processo de produção de nanopartículas de ouro através da adição de material à base de soja e/ou lentilha, tendo também vantagem de não utilizar agentes redutores sintéticos.
[013] US2011/0020170 relata a produção de nanopartículas de metais onde os íons metálicos são reduzidos a partir de um agente redutor na presença de polietilenoimina.
[014] PI0805522 diz respeito a um sistema de reator térmico capaz de produzir nanopartículas por um processo de síntese em fase vapor a alta temperatura através de aspersão ou dispersão.
[015] O uso da nanocatálise para produção de biodiesel é citado em vários artigos recentes. Deng et al. produziram biodiesel através catálise heterogênea usando nanopartículas de óxido misto de magnésio e alumínio [X. Deng, Z. Feng, Y. Liu, C.-L. Yu. Production of biodiesel from Jatropha oil catalyzed by nanosized solid basic catalyst. Energy, 36 (2011), pp. 777-784].
[016] Martinez et al. realizaram a síntese de biodiesel usando como catalisador nanopartículas de óxido de cálcio [S.L. Martinez, R. Romero, J.C. Lopez, A. Romero, V.S. Mendieta, R. Natividad. Preparation and characterization of CaO nanoparticles/NaX zeolite catalysts for the trans-esterification of sunflower oil. Ind Eng Chem Res, 50 (2011), pp. 2665-2670].
[017] O artigo de Banerjee et al. relata um processo de produção de biodiesel a partir de nanopartículas de ouro revestidas com nanopartículas de prata como catalisador (Madhuchanda Banerjee, Binita Dey, Jayanta Talukdar, Mohan Chandra Kalita. Production of biodiesel from sunflower oil using highly catalytic bimetallic gold-silver core-shell nanoparticle. Energy, Volume 69, 2014, p. 695-699).
[018] No entanto, nenhum dos pedidos de patentes ou outras publicações acima citadas sugerem o uso de nanopartículas de prata suportadas em sílica, argilas ou zeólitas como catalisador para a produção de biodiesel. Embora o artigo de Banerjee et al. relate um processo de produção de biodiesel envolvendo nanopartículas de prata como catalisador, invenção aqui apresentada tem a vantagem de utilizar suportes sólidos mais acessíveis e baratos, como a sílica, as argilas ou zeólitas, com diâmetro de poro entre 3 e 15 nm. Neste contexto, o desenvolvimento de um catalisador que supere as desvantagens das catálises homogêneas e heterogêneas é suprida com o processo proposto da presente invenção.
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Sumário da invenção [019] A presente invenção trata de um processo de produção de biodiesel através da reação de transesterificação de óleos ou gorduras com alcoóis de cadeia curta caracterizado por utilizar como catalisador nanopartículas de prata impregnadas em suportes sólidos tais como sílica-gel, argilas ou zeólitas, com diâmetro de poro entre 3 e 15 nm. Mais especificamente as nanopartículas de prata são preferencialmente preparadas, na presença da sílica gel, a partir da redução de íons prata usando como agente redutor citrato de sódio, boridreto de sódio, hidroxilaminas hidrazinas, formaldeído, alcoóis e açúcares ou extratos vegetais ricos em compostos fenólicos ou flavonóides que são exemplos demonstrativos não limitantes.
Descrição detalhada da invenção [020] A presente invenção consiste nos seguintes passos: a) Síntese de nanopartículas de prata, através de qualquer um dos métodos redutores largamente conhecidos e constantes na literatura, realizado em solução aquosa e na presença do suporte sólido, preferencialmente, a sílica-gel com diâmetro de poro entre 2 e 15 nm, e também sendo preferível entre 3-6 nm; b) Lavagem da sílica impregnada com nanopartículas de prata e secagem à 100°C por no mínimo 4 horas; c) Realização da reação de transesterificação de óleos ou gorduras usado álcool de cadeia curta tais como metanol ou etanol usando sílica impregnada com nanopartículas de prata como catalisador; d) Separação do catalisador do biodiesel para reutilização; e)Separação do biodiesel da glicerina;
f) Purificação de biodiesel.
[021] Para que a invenção agora proposta possa ser mais bem compreendida e avaliada, será feita a seguir a descrição de um exemplo demonstrativo de preparação do catalizador com nanopartículas de prata suportadas em sílica. que é um exemplo não limitante de suporte sólido. Também podem ser utilizados como suporte argilas, zeólitas etc., com diâmetro de poro entre 3 e 15 nm.
[022] Síntese do catalisador de nanopartículas de prata (1%) em sílica: 4 g de sílica-gel com diâmetro médio de poro de 6 nm é colocado em um erlenmeyer de 100 ml contendo 10 ml de solução de nitrato de prata 37 mM. A mistura é agitada por cerca de 3 horas na temperatura ambiente. A seguir a solução é filtrada, a sílica impregnada com nitrato de prata é lavada com 20 ml de água deionizada e novamente dispersa em 20 ml de água deionizada em erlenmeyer de 100 ml. A seguir adiciona-se gota a gota 20 ml of NaBH4 50 mM sob agitação. A sílica contendo agora as nanopartículas de prata é filtrada, lavada com água deionizada e seca a 100 °C for 4 h.
5/5 [023] Para que se torne mais claro o alcance do método agora proposto, será apresentado um exemplo de sua aplicação prática.
[024] Síntese de biodiesel: A reação de transesterificação de triglicerídeos em ésteres metílicos de ácidos graxos é realizada em um balão de 500 mL com um condensador de refluxo e um agitador magnético. Inicialmente, o óleo é aquecido a 60 °C durante 15-20 min, sob agitação magnética, após este tempo as NPs de prata em sílica-gel dispersa em metanol (razão molar metanol-óleo de 5:1) é adicionado ao óleo aquecido. O sistema é vigorosamente agitado mantendo-se a temperatura entre 60-65 °C durante 1 h. O catalisador é removido da mistura de reação através de filtração rápida. As camadas de biodiesel e glicerol são facilmente separadas por decantação em funil de decantação. A camada de biodiesel pode ser então purificada por lavagem com água ou através da purificação seca usando adsorventes.
Claims (1)
- REIVINDICAÇÕES001. PROCESSO DE PRODUÇÃO DE BIODIESEL USANDO CATALISADOR DE NANOPARTÍCULAS DE PRATA caracterizado por compreender os seguintes passos: Síntese de nanopartículas de prata, através de qualquer um dos métodos redutores largamente conhecidos e constantes na literatura, realizado em solução aquosa e na presença de um suporte sólido; Lavagem e secagem do suporte impregnado com nanopartículas de prata à 100°C por no mínimo 4 horas; Realização da reação de transesterificação de óleos ou gorduras com álcool de cadeia curta, tais como metanol ou etanol, usando como catalisador nanopartículas de prata impregnadas em um suporte sólido; Separação do catalisador do biodiesel, para reutilização; Separação do biodiesel da glicerina; Purificação de biodiesel.002. PROCESSO DE PRODUÇÃO DE BIODIESEL USANDO CATALISADOR DE NANOPARTÍCULAS DE PRATA de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo suporte sólido ter diâmetro de poro entre 3 e 15 nm, sendo preferível entre 3-6 nm.003. PROCESSO DE PRODUÇÃO DE BIODIESEL USANDO CATALISADOR DE NANOPARTÍCULAS DE PRATA de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelas nanopartículas de prata serem impregnadas em um suporte sólido a partir da redução de íons prata à prata metálica.004. PROCESSO DE PRODUÇÃO DE BIODIESEL USANDO CATALISADOR DE NANOPARTÍCULAS DE PRATA de acordo com as reivindicações le 2, caracterizado pelo suporte sólido ser sílica gel, sílica, zeólita, etc, que são exemplos demonstrativos não restritivos.005. PROCESSO DE PRODUÇÃO DE BIODIESEL USANDO CATALISADOR DE NANOPARTÍCULAS DE PRATA de acordo com as reivindicações 1 e 3, caracterizado pelo agente redutor ser citrato de sódio, boridreto de sódio, hidroxilaminas, hidrazinas, formaldeído, alcoóis e açúcares ou extratos vegetais ricos em compostos fenólicos ou flavonóides, que são exemplos demonstrativos não limitantes.1/1
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