Processo para extração de material graxo de resíduos agroindustriais com produção simultânea de biodiesel via catálise heterogênea

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Química, Programa de Pós-Graduação em Química, 2017.O uso contínuo de fontes de energias não renováveis e seu impacto associado a diversos fatores, como: preocupações ambientais, escassez das reservas de petróleo bruto e rápido crescimento industrial tem incentivado a comunidade científica a pesquisar processos de transição entre o uso de energias não renováveis e renováveis visando sua substituição. A preocupação com o meio ambiente leva à viabilização de projetos de sustentabilidade do sistema de produção industrial, no qual a geração de resíduos agroindustriais é um dos maiores problemas advindos das atividades agrícolas. Neste contexto, este trabalho visa à utilização de novos catalisadores heterogêneos aplicados a produção de biodiesel, a partir da utilização de resíduos oleaginosos agroindustriais e adaptados ao tipo de cultura de cada região. Diante do exposto, uma nova metodologia de produção de biodiesel foi proposta a fim de agregar operações unitárias reduzindo resíduos e custos operacionais. Assim, a biomassa residual escolhida foi o caroço de pequi oriundo da região Centro-oeste do Brasil. Devido ao alto índice de acidez apresentado pelo material graxo extraído do caroço de pequi (13,8 mg KOH g -1 óleo), foi realizado um estudo da aplicação de resinas catiônicas, tanto em sua forma protônica como impregnada com espécies de Zr em reações de transesterificação/esterificação. Essa resina foi caracterizada por diversas técnicas e observou- se que através das análises elementares de CHN/FRX/EDX, a densidade de sítios -SO3H na resina protônica anidra (5,16 mmol g -1 ) é superior à resina impregnada com zircônio (3,20 mmol g -1 ) e a análise termogravimétrica (TG/DTG) mostrou que a estabilidade térmica da resina sulfonada é limitada pela presença de grupo sulfônico e pela resistência térmica do material polimérico. Diante do exposto, as resinas foram empregadas em reações esterificação/transesterificação e foi obtido conversões superiores a 87%. Para a nova tecnologia proposta, a conversão obtida foi de 64,9%, o que requer aprimoramento para torná- la viável. Sendo assim, os materiais preparados apresentarão grande potencial para aplicação em produção industrial de biodiesel e ainda respeitam os preceitos da química verde no que tange à sustentabilidade, ao reuso e ao reaproveitamento de biomassa residual.The continued use of non-renewable energy sources and their impact associated with a number of factors, such as: environmental concerns, shortages of crude oil reserves and rapid industrial growth have encouraged the scientific community to investigate transition processes between the use of non-renewable energies and renewable a view to its replacement. The concern with the environment leads to the viability of sustainability projects of the industrial production system, in which the generation of agro-industrial waste is one of the major problems arising from agricultural activities. In this context, this work aims at the use of new heterogeneous catalysts applied to the production of biodiesel, from the use of agro-industrial oleaginous residues and adapted to the type of culture of each region. In view of the above, a new biodiesel production methodology was proposed in order to aggregate unit operations reducing waste and operational costs. Thus, the residual biomass chosen was pequi seed from the Central-West region of Brazil. Due to the high acidity index presented by the fatty material extracted from the pequi core (13.8 mg KOH g-1 oil), a study of the application of cationic resins, both in its proton form and impregnated with Zr species in reactions Transesterification / esterification. This resin was characterized by several techniques and it was observed that by elemental analysis of CHN/FRX/EDX, the density of sites -SO3H in the anhydrous proton resin (5.16 mmol g-1 ) is higher than the resin impregnated with zirconium (3.20 mmol g-1 ) and thermogravimetric analysis (TG/DTG) showed that the thermal stability of the sulfonated resin is limited by the presence of sulfonic group and the thermal resistance of the polymeric material. In view of the above, the resins were used in esterification/transesterification reactions and conversions higher than 87% were obtained. For the proposed new technology, the conversion achieved was 64.9%, which requires improvement to make it viable. Therefore, the prepared materials will present great potential for application in industrial production of biodiesel and still respect the precepts of green chemistry with respect to the sustainability, reuse and reutilization of residual biomass

Produção de biocombustível líquido a partir de resíduo agroindustrial : caroço de pequi

Monografia (graduação)—Universidade de Brasília, Instituto de Química, 2015.Um dos biocombustíveis que mais tem sido utilizado por vários países e blocos comerciais é o biodiesel, que é uma fonte renovável e biodegradável, além que se alicerça num tripé: (1) ambiente (melhoria das condições climáticas por redução das emissões e utilização de gases de efeito estufa pela matéria-prima); (2) social (desenvolvimento rural associado à produção de matéria-prima); (3) energia (independência de fornecedores, consumidores produzindo sua própria energia). Assim, algumas indústrias estão realizando programas internos para reciclagem dos seus resíduos, pois a segregação do material diminui o volume total de resíduos e reduz os custos operacionais. Um novo subproduto com valor agregado para a indústria, além de controlar a poluição na atmosfera, nas águas e no solo enquadrando-se nos padrões estabelecidos na legislação ambiental (Lei nº 13.205 de 02/ago/2010 – Lei da Política Nacional de Resíduos Sólidos (PNRS)). A associação Empório do Cerrado coleta de 30-50 ton/ano de fruto de pequi (Caryocar brasiliense), sendo seu principal subproduto o caroço de pequi o qual não apresenta aplicação industrial. Para tentar aumentar a competitividade da produção envolvendo este subproduto sua composição química foi apresentando 92,29% de ácidos graxos insaturados (monoinsaturado: oléico; polinsaturado: linoléico) e 7,71% representam ácidos graxos saturados (esteárico e palmítico), além do índice de acidez e saponificação de 12,2 mg KOH/ g óleo e 391,78 ácido oleico mg,(100g)-1, respectivamente. E em posse desses valores, foi feita a reação de esterificação, obtendo–se um valor de conversão de 91%. Com o intuito de aumentar a eficiência da produção, reduzir os custos do biodiesel e eliminar os problemas descritos da catálise homogênea básica tradicional, a aplicação de uma resina protônica com uma nova metodologia de extração e produção foi desenvolvida apresentando conversão de 72%. A partir desses dados, foi proposto um esquema de construção de uma planta para o aproveitamento integral do fruto do pequi

Preparação e caracterização de catalisadores heterogêneos usando como template nanocelulose

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Química, Programa de Pós-Graduação em Tecnologias Química e Biológica, 2021.O crescente interesse na utilização de fontes renováveis para o desenvolvimento de novos materiais, a biomassa lignocelulósica tem se destacado diante de sua versatilidade, renovabilidade e sustentabilidade. Assim, este trabalho teve como objetivo preparar e caracterizar novos nanocatalisadores heterogêneos de óxidos simples e mistos, com controle de tamanho, usando como template a celulose. Com a finalidade de acompanhar as pesquisas e desenvolvimento na área, gerar conhecimento e subsidiar planos e decisões, foi realizado dois estudos prospectivos, um com ênfase em nanocelulose e catálise e o outro sobre biogás com ênfase em gás de síntese (syngas), apresentado sob duas perspectivas: indicadores tecnológicos baseados em documentos patentários e artigos científicos indexados. Na síntese dos materiais, o template utilizado foi a celulose microcristalina (CMC), hidrolisada com ácido 12- tungstofosfórico hidratado (HPW), empregados nos meios aquoso e etanólico, proporcionando a formação da celulose nanocristalina (CNC). Após a obtenção da CNC, foi realizada por meio do método de impregnação úmida a inserção dos sais de Ni2+ e o Zr4+ . Os nano-óxidos inorgânicos, obtidos da calcinação a 600°C da CNC impregnada, foram caracterizados por análise elementar (CHN), fluorescência de raios X (FRX/EDX), análises térmicas (TG/DTG), difração de raios X (DRX) e microscopia eletrônica de Transmissão (MET). Resultados experimentais obtidos por CHN/EDX/TG evidenciaram que quanto maior a concentração de HPW no meio, menor a porcentagem de PW na estrutura, pois deve estar havendo uma dificuldade na interação celulose - PW. De modo geral, através do TG/DTG foi possível observar um aumento na estabilidade térmica da CNC quando comparada a CMC e, por fim, o DRX confirmou a formação de 3 nano óxidos característicos: mistura do WO3 monoclínico e ortorrômbico, NiO e NiWO4. Por meio da equação de Debye-Scherrer foi calculado o tamanho do cristalito de NiO, WO3, 6A-NP-WO3/Ni; 1A-NP-WO3/Ni; 6E-NP-WO3/Ni; 1E-NP-WO3/Ni apresentando o tamanho médio de: 40,1; 35,4; 40,2; 30,1; 44,5; 22,6nm, respectivamente o que está em concordância com as imagens visualizadas no MET. Com a melhor condição reacional obtida para o Ni2+, foi alterado o metal de impregnação para Zn4+, no qual através do MET foi observado partículas nanoméricas aglomeradas. Estes catalisadores foram empregados em um teste preliminar de reforma de biogás, porém os resultados não foram satisfatórios necessitando de outros testes para validação. Assim, o intuito desta aplicação motiva-se por tratados ambientais, crédito de carbono, hidrogênio verde pensando não só nos impactos dos produtos, mas também do processo, visto a importância da catálise neste contexto.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).The growing interest in the use of renewable sources for the development of new materials, lignocellulosic biomass has stood out due to its versatility, renewability and sustainability. Thus, this work aimed to prepare and characterize new heterogeneous single and mixed oxide nanocatalysts, with size control, using cellulose as a template. In order to monitor research and development in the area, generate knowledge and support plans and decisions, two prospective studies were carried out, one with an emphasis on nanocellulose and catalysis and the other on biogas with an emphasis on synthesis gas (syngas), presented under two perspectives: technological indicators based on patent documents and indexed scientific articles. In the synthesis of materials, the template used was microcrystalline cellulose (CMC), hydrolyzed with hydrated 12-tungstophosphoric acid (HPW), used in aqueous and ethanolic media, providing the formation of nanocrystalline cellulose (CNC). After obtaining the CNC, the insertion of Ni2+ and Zr4+ salts was performed using the wet impregnation method. The inorganic nano-oxides, obtained from calcination at 600°C of the impregnated CNC, were characterized by elemental analysis (CHN), X-ray fluorescence (FRX/EDX), thermal analysis (TG/DTG), X-ray diffraction (DRX) and Transmission Electron Microscopy (TEM). Experimental results obtained by CHN/EDX/TG showed that the higher the concentration of HPW in the medium, the lower the percentage of PW in the structure, as there must be a difficulty in the cellulose - PW interaction. In general, through TG/DTG it was possible to observe an increase in the thermal stability of CNC when compared to CMC and, finally, DRX confirmed the formation of 3 characteristic nano-oxides: mixture of monoclinic and orthorhombic WO3, NiO and NiWO4. Using the Debye-Scherrer equation, the crystallite size of NiO, WO3, 6A-NP-WO3/Ni; 1A-NP-WO3/Ni; 6E-NP-WO3/Ni; 1E NP-WO3/Ni showing the average size of: 40.1; 35.4; 40.2; 30.1; 44.5; 22.6 nm, respectively, which is in agreement with the images visualized in the MET. With the best reaction condition obtained for Ni2+, the impregnation metal was changed to Zn4+, in which agglomerated nanomeric particles were observed through MET. These catalysts were used in a preliminary biogas reform test, but the results were not satisfactory, requiring further tests. Thus, the purpose of this application is motivated by environmental treaties, carbon credit, green hydrogen thinking not only about the impacts of the products, but also of the process, given the importance of catalysis in this contex

Mapeamento Prospectivo dos Processos Termoquímicos que Utilizam Biomassa

One way of treating waste from biomass is its use in power generation. Of the conversion technologies, combustion is widely commercialized, being responsible for the largest number of patent deposits worldwide. Liquefaction, pyrolysis and gasification are more robust, but already used in developed countries as large scale. The objective of this work was to carry out a prospective study on thermochemical processes, using biomass, from two perspectives: technological indicators based on patent documents and scientific indicators based on indexed scientific articles using the software Questel's Orbit and the Web of Science platform. Based on the results, and the global scenario related to environmental and energy issues, thermochemical conversion technologies are viable and can contribute to the concepts of green chemistry, bioeconomy and sustainability, since they are dominated and there are international companies selling systems for this use.Uma forma de tratamento de resíduos oriundos de biomassa é o seu uso na geração de energia. Das tecnologias de conversão, a combustão é amplamente comercializada, sendo responsável pelo maior número de depósitos de patentes em âmbito mundial. A liquefação, a pirólise e a gaseificação são mais robustas, porém já amplamente utilizadas em países desenvolvidos. O objetivo deste trabalho foi realizar um estudo prospectivo sobre processos termoquímicos, com o uso de biomassa, sob duas perspectivas: indicadores tecnológicos baseados em documentos patentários e indicadores científicos baseados em artigos científicos indexados, utilizando-se o programa de computador Orbit Intelligence, da Questel, e a plataforma de artigos científicos Web of Science. Com base nos resultados, e no cenário mundial relacionado a questões ambientais e energéticas, as tecnologias de conversão termoquímicas são viáveis e podem contribuir com os conceitos de química verde, economia circular e sustentabilidade, uma vez que estão dominadas e há grandes empresas comercializando sistemas que se adequam às características das mais diferentes biomassas

Estudo Prospectivo e Tecnológico da Geração de Syngas Utilizando Catalisadores

With an awareness of global warming, rising prices and fuel shortages, alternative sources of energy are needed. Substitution is a biomass, which presents a large amount of energy lost during the decomposition process. Biogas is an abundant source of energy, non-polluting, cheap and non-competing for space with other crops or food production. Thus, the work aims to present a prospective study that portrays the research stage in the area. These were the word combinations for the study: "biogas", "syngas" and "syngas and cataly *". The work as research on the system and low schooling have a long nature and a technological incentive in the area of incentive in several countries.Com a crescente conscientização sobre o aquecimento global, o aumento de preço e a escassez dos combustíveis fósseis, torna-se necessário pesquisar e desenvolver fontes de energia alternativas. Uma possível fonte substituta é a biomassa, que tem grande quantidade de energia armazenada, mas perde boa parte desta para o ambiente nos processos de decomposição. O biogás é fonte de energia abundante, não poluidora, barata e que não compete com outras culturas e nem com a produção alimentícia. A partir desse contexto, o presente trabalho teve como objetivo apresentar um estudo prospectivo do estágio das pesquisas e da proteção patentária na área de biogás, syngas e catálise. Para tal, foram feitas pesquisas em bases de dados acadêmica e de patentes utilizando-se as seguintes combinações de palavras: “biogas”, “syngas” e “syngas and cataly*”. Concluiu-se que as pesquisas sobre syngas e catálise apresentam baixa maturidade e que existe bastante espaço para desenvolvimento tecnológico nessa área, incentivado, muitas vezes, por políticas públicas específicas em diversos países

Estudo Prospectivo e Tecnológico da Celulose com Ênfase em Nanocelulose e Catálise

Cellulose is the most abundant biomass constituent in the world and is composed of biopolymers of glucose. A prospective study on cellulose with an emphasis on nanocellulose and catalysis is presented from two perspectives: technological indicators based on patent documents and indexed scientific articles. A total of 190615 patent documents related to pulp were found, of which 47.6% is comprised in the period 2012-2016, mostly deposited by China and the United States. In order to add value to cellulose, nano-cellulose has been prominent in the areas of chemistry and materials in recent years. Among the subdomains, the nanocellulose applied to catalysis still presents low technological maturity and it has shown the indicators of this low profile and establishes use perspectives.A celulose é o constituinte da biomassa mais abundante do mundo e é composta por biopolímeros de glicose. Um estudo prospectivo sobre celulose com ênfase em nanocelulose e catálise é apresentado sob duas perspectivas: indicadores tecnológicos baseados em documentos patentários e em artigos científicos indexados. Foram encontrados um total de 190.615 documentos patentários relacionados à celulose, sendo que 47,6% desse valor está compreendido no período de 2012-2016,  majoritariamente depositados pela China e Estados Unidos. A fim de agregar valor à celulose, a nanocelulose tem apresentado destaque nas áreas de química e de materiais nos últimos anos. Dentre os subdomínios, a nanocelulose aplicada à catálise ainda apresenta baixa maturidade tecnológica sendo apresentados os indicadores desta baixa prontidão tecnológica e estabelecidas perspectivas para suas futuras aplicações

ESTUDO PROSPECTIVO SOBRE PROCESSO DE EXTRAÇÃO DE MATERIAL GRAXO DE RESÍDUOS AGROINDUSTRIAIS COM PRODUÇÃO SIMULTÂNEA DE BIODIESEL

O biodiesel é um biocombustível importante para a matriz energética nacional é produzido de diferentes fontes oleaginosas, desempenhando papel importante na produção final do biocombustível. Diante de sua cadeia produtiva e da importância de métodos mais sustentáveis, realizou-se um estudo prospectivo sobre o processo simultâneo de produção de biodiesel visando à condensação das etapas de produção via simultaneidade de extração e respectiva conversão a partir de resíduos agroindustriais oleaginosos. Além disso, tem-se como objeto de estudo a utilização de catálise heterogênea ao sistema, agregando facilidades na separação do produto e do meio catalítico. Neste nicho de pesquisa e desenvolvimento de métodos alternativos para o setor do biodiesel encontram-se poucas patentes e artigos, sendo em sua maioria evidenciados processos em escala laboratorial. Sendo assim, tal tecnologia merece atenção, investimento e desenvolvimento para seu escalonamento, tendo em vista agregar diversos benefícios ao setor, desde a matéria-prima até o processo e distribuição

ESTUDO PROSPECTIVO SOBRE PROCESSO DE EXTRAÇÃO DE MATERIAL GRAXO DE RESÍDUOS AGROINDUSTRIAIS COM PRODUÇÃO SIMULTÂNEA DE BIODIESEL

O biodiesel é um biocombustível importante para a matriz energética nacional é produzido de diferentes fontes oleaginosas, desempenhando papel importante na produção final do biocombustível. Diante de sua cadeia produtiva e da importância de métodos mais sustentáveis, realizou-se um estudo prospectivo sobre o processo simultâneo de produção de biodiesel visando à condensação das etapas de produção via simultaneidade de extração e respectiva conversão a partir de resíduos agroindustriais oleaginosos. Além disso, tem-se como objeto de estudo a utilização de catálise heterogênea ao sistema, agregando facilidades na separação do produto e do meio catalítico. Neste nicho de pesquisa e desenvolvimento de métodos alternativos para o setor do biodiesel encontram-se poucas patentes e artigos, sendo em sua maioria evidenciados processos em escala laboratorial. Sendo assim, tal tecnologia merece atenção, investimento e desenvolvimento para seu escalonamento, tendo em vista agregar diversos benefícios ao setor, desde a matéria-prima até o processo e distribuição