1

Aula Prática

Profª. Lucimar Lopes Fialho

Síntese de biodiesel 16/11/2010

1. Introdução

Os principais constituintes de óleos vegetais e gorduras animais são os triacilgliceróis

(TAG), muitas vezes chamados triglicerídeos. Quimicamente, os TAG são ésteres de ácidos

graxos com glicerol (propan-1,2,3-triol; glicerol é também denominado glicerina).

Os óleos vegetais e gordura animal contêm diferentes tipos de ácidos graxos ligados ao

glicerol, e que dependendo do comprimento de sua cadeia e do grau e posição da insaturação

tem-se o parâmetro de maior influência sobre as propriedades desses óleos e gorduras (Knothe et

al., 2006).

O diesel, originado do petróleo, apresenta uma cadeia saturada com 16 átomos de

carbono, já o biodiesel pode apresentar cadeias com diferentes números de átomos de carbono e

insaturações, dependendo da molécula de ácido graxo de sua composição (Tabela 1). O biodiesel

produzido pela transesterificação tem propriedades similares ao diesel, como, por exemplo, o

número de cetano, a viscosidade, massa molar, densidade, etc. (Ghesti et al., 2007).

Tabela 1. Principais ácidos graxos que podem sem encontrados nos óleos e seus respectivos teores em algumas sementes.

Ácido graxo (nº de C:insaturações)

soja palma canola girassol algodão amendoim milho oliva

Capróico (6:0) - - - - - - - - Caprílico (8:0) - - - - - 0,1 - - Cáprico (10:0) - - 0,6 0,2 - - 3,9 7,3 Láurico (12:0) 0,1 - - - 0,5 0,7 - - Mirístico (14:0) 0,3 2,5 0,1 - 0,9 0,4 - - Palmítico (16:0) 10,9 40,8 5,1 6,5 20 13,7 11,2 11 Esteárico (18:0) 3,2 3,6 2,1 4,5 3 2,3 1,8 2,2 Oléico (18:1) 24 45,2 57,9 21 25,9 - 25,4 77 Linoléico (18:2) 54,5 7,9 24,7 68 48,8 47,8 60,3 8,9 Linolênico (18:3) 6,8 - 7,9 - 0,3 29,2 1,1 0,6 Araquídico (20:0) 0,1 - 0,2 - - 1,3 - - Gadoléico (20:1) - - 1,0 - - 1,2 - 0,3 Behênico (22:0) 0,1 - 0,2 - - 3,0 - - Erucico (22:1) - - 0,2 - - 0,1 - -

A via mais comum para produção de biodiesel é através da reação de transesterificação,

que consiste numa reação de óleo vegetal ou gordura animal com um álcool na presença de um

catalisador, produzindo assim o biodiesel e o glicerol (Figura 1). Na prática, o processo de

2

transesterificação não é tão simplificado assim, ele ocorre em uma seqüência de três reações

consecutivas e reversíveis, onde há transformação do triglicerídeo em diglicerídeo e em seguida

no monoglicerídeo e finalmente no glicerol e éster. Por suas características, o processo depende

da ação de catalisadores, onde se observa maior eficiência em catalisadores básicos, sendo os

mais utilizados o metóxido ou etóxido de sódio ou potássio (Vicente et al., 2004). No entanto,

são reportados na literatura processos eficientes de transesterificação também com catalisadores

ácidos (Vicente et al., 2004; Lotero et al., 2005).

O objetivo desta aula é realizar a síntese de biodiesel a partir de óleo vegetal, em meio

básico, fazer a purificação do biodiesel produzido e ensaios para comprovação de suas

propriedades.

2. Materiais e reagentes

Óleo de soja Erlenmeyer de 100 mL Hidróxido de potássio Erlenmeyer de 500 mL ou balão de 500 mL Sulfato de sódio anidro Proveta de 250 mL Metanol Proveta de 100 mL Solução de HCl 0,5 % (v/v) Cadinhos de porcelana Solução saturada de NaCl Fósforo Funil de separação de 100 mL Papel alumínio Papel indicador de pH Bastão de vidro

Banho-maria Funil Suporte universal garras

3. Procedimento experimental 3.1. Preparo da solução de metóxido de potássio

Em um erlenmeyer de 100 mL, dissolver 1,5 g de hidróxido de potássio em 35 mL de

metanol até a completa dissolução do KOH. Mantenha o erlenmeyer coberto com papel alumínio

durante o procedimento de dissolução.

3

3.2.Reação de transesterificação

Adicionar 100 mL de óleo de soja em um erlenmeyer ou balão de 500 mL. Aquecer em

banho-maria, sob agitação com o auxílio de uma barra magnética, até atingir a temperatura de 45

°C.

Em seguida adicionar a solução de métoxido de potássio recentemente preparada. Deixar

a mistura reacional por 20 minutos a 45 °C sob agitação.

3.3.Produção do biodiesel

Transferir a mistura reacional para um funil de separação para permitir a decantação e

separação das fases: superior contendo biodiesel e inferior composta de glicerol, sabões, excesso

de base e álcool (tempo de espera para separação das fases: 15 min).

Medir o volume de biodiesel produzido em uma proveta de 250 mL.

Retornar o biodiesel para o funil de separação e lavar com 50 mL de solução aquosa de

ácido clorídrico a 0,5% (v/v).

OBS.: Ao lavar o biodiesel com solução de HCl, NaCl e água, não agite a mistura,

pois poderá formar muita emulsão e assim não tem como separar o biodiesel!!!

Em seguida, lavar com 50 mL de solução saturada de NaCl.

Lavar com 50 mL de água destilada.

Verificar o valor do pH desta última água de lavagem, com papel indicador. A ausência

do catalisador básico no biodiesel pode ser confirmada através da medida do pH da última água

de lavagem, a qual deve estar neutra.

Nos casos em que houver formação de emulsão, a mesma pode ser desfeita com auxílio

de um bastão de vidro, agitando-se lentamente a camada emulsificada.

Para remoção dos traços de umidade, filtrar o biodiesel utilizando sulfato de sódio anidro

e transferir para uma proveta de 250 mL para medir o volume.

O biodiesel deve ser um líquido límpido de coloração amarela.

3.4.Análise do biodiesel

a) Estimando as viscosidades relativas do biodiesel e óleo de soja

Preencha uma pipeta graduada de 10 mL com água e meça o tempo de escoamento. Faça

esse procedimento em duplica.

4

Preencha uma pipeta graduada de 10 mL (limpa e seca) com biodiesel e meça o tempo de

escoamento. Faça esse procedimento em duplica.

Preencha uma pipeta graduada de 10 mL (limpa e seca) com óleo de soja e meça o tempo

de escoamento. Faça esse procedimento em duplica.

b) Comparação da queima do biodiesel, do diesel e do óleo vegetal

Em três cadinhos de porcelana contendo chumaços de algodão, adicionar algumas gotas

de óleo de soja, biodiesel e diesel, respectivamente. Colocar um palito de fósforo aceso em cada

cadinho e observar o resultado para cada material.

4. Questionário

4.1. Qual a finalidade de lavar o biodiesel com soluções de HCl, NaCl e água?

4.2. Por que o pH deve ser neutro no final do processo de obtenção do biodiesel?

4.3. Dadas as seguintes informações:

1 mol de triacilglicerídeos no óleo de soja: ≈ 882 g; densidade do óleo de soja = 0,925 g mL-1;

densidade do metanol = 0,79 g mL-1.

Calcule a porcentagem do metanol adicionado na reação e que não reagiu.

5. Bibliografia

� Rinaldi, R.; Garcia, C.; Marciniuk, L. L.; Rossi, A.V.; Schuchardt, U. Síntese de biodiesel: uma proposta contextualizada de experimento para laboratório de química geral. Química Nova, v. 30, n.5, p. 1374-1380, 2007.

� Geris, R.; Santos, N. A. C.; Amaral, B. A.; Maia,I. S.; Castro, V. D; Carvalho, J. R. M. Biodiesel de soja: reação de transesterificação para aulas práticas de química orgânica. Química Nova, vol.30, n.5, p. 1369-1373, 2007.

� Ghesti, G. F.; Macedo, J. L.; Resck, I. S.; Dias, J. A.; Dias, S. C. L. Ft–Raman Spectroscopy Quanification of Biodiesel in a Progressive Soybean Oil Transesterification Reaction and Its Correlation with 1H NMR Spectroscopy Methods. Energy & Fuels An American Chemical Society Journal, v. 21, n. 5, p. 2475-280, 2007.

� Knothe, G.; Gerpen, J. V.; Krahl, J.; Ramos, L. P. Manual de Biodiesel, Ed. Edgarb Blucher, 2006.

� Lotero, E.; Liu, Y.; Lopes, D.; Suwannakarn, K.; Bruce, D.; Goodwin Jr, J.G. Synthesis of Biodiesel via Acid Catalysis. Ind. Eng. Chem. Res., v. 44, p. 5353-5363, 2005.

� Vicente, G.; Martínez, M.; Aracil, J. Integrated biodiesel production: a comparison of different homogeneous catalysts systems. Bioresource Technology, v. 92, p. 297-305, 2004.