Conversão de ácidos graxos modelos de óleos vegetais para produção de biocombustíveis sobre catalisadores MoO3/HZSM-5 micro-mesoporosos

Abstract

No momento presente, devido aos fortes impactos ambientais das mudanças climáticas causados pela queima de combustíveis fósseis, fontes renováveis de energia têm exercido um importante papel na matriz energética mundial. Óleos vegetais de elevada acidez ou residuais representam uma fonte alternativa de biomassa que pode ser utilizada para a geração de combustíveis renováveis, uma vez que não são adequados para o consumo de humanos e animais. O processo de pirólise destaca-se como uma rota de transformação através da ação do calor, em atmosfera isenta de oxigênio. Neste trabalho, os compostos modelos, ácidos decanóico e 2-decenóico, foram submetidos aos processos de pirólise térmica e catalítica, com o objetivo de analisar a distribuição dos produtos de reação. Para o processo catalítico, foram sintetizadas zeólitas (HZSM-5) micro e mesoporosas, com valores de SAR (razão molar SiO2/Al2O3) de 40 e 80. Estes suportes foram impregnados com molibdênio através do método de umidade incipiente, para obtenção dos catalisadores bifuncionais. Os sistemas catalíticos foram caracterizados por meio das técnicas de DRX, MEV, EDS, isotermas de adsorção/dessorção de N2 (métodos BET, BJH, t-plot e as-plot). Os ácidos graxos foram adsorvidos nos catalisadores em uma proporção mássica catalisador:AG de 10:1. Os parâmetros cinéticos da conversão térmica dos compostos modelos foram obtidos a partir de dados termogravimétricos, em quatro taxas de aquecimento (7,5; 10; 12,5; 15°C/min). Foi utilizado o modelo de cinética livre de Kissinger-Akahira-Sunose (KAS), que se mostrou satisfatório em prever o tempo de reação para a conversão dos triglicerídeos. As reações de pirólise foram processadas em duplicatas através de um micropirolisador (Py-GC/MS) a 650°C por 15 segundos. Os resultados obtidos na pirólise térmica dos ácidos decanóico e 2-decenóico, indicam conversões de 23 e 14%, respectivamente. Constatou-se que óleos vegetais ricos em ácidos graxos saturados terão uma maior propensão em formar olefinas através de reações de descarbonilação, enquanto que óleos formados por grandes quantidades de ácidos graxos insaturados, produzirão olefinas e poliolefinas em valores consideráveis. Os resultados das caracterizações dos catalisadores demostraram que a estrutura cristalina da HZSM-5 foi mantida após a incorporação do molibdênio e que houve reduções na área total superficial e na área e volume de microporos dos catalisadores bifuncionais. Os dados obtidos no processo catalítico sugerem que a mesoporosidade da HZSM-5 provocou uma redução nos percentuais de hidrocarbonetos monoaromáticos e um aumento na formação de olefinas. Esses resultados sugerem que a adição de molibdênio nos suportes provocou modificações nas forças de interação entre os ácidos graxos e os seus sítios ativos, sugerindo que houve uma diminuição na acidez das zeólitas. Também foi observado que os catalisadores com menores valores de SAR apresentaram uma maior atividade catalítica ao longo das pirólises dos compostos modelos, e consequentemente, uma maior força em seus sítios ácidos. No mais, percebe-se que os catalisadores bifuncionais apresentam uma tendência para promover a extensão de reações de descarbonilação e desidratação, formando principalmente hidrocarbonetos monoinsaturados (olefinas).