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Estratégias analíticas não-destrutivas para monitoramento da qualidade de misturas biodiesel/diesel

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2023
Autor(a) principal: Costa, Gean Bezerra da
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Brasil
UFRN
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE PETRÓLEO
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/55165
Resumo: Biodiesel and ethanol are the most industrially produced biofuels due to their economic viability, as well as being important alternatives to conventional fossil fuels, offering a more ecological and sustainable perspective. In this work, near-infrared spectroscopy (NIR) combined with chemometric tools was used for monitoring the quality of biodiesel/diesel blends in terms of (i) simultaneous classification of the synthesis route and biodiesel feedstock, (ii) authentication of second-generation biodiesel, and (iii) biodiesel content quantification. Data-Driven Soft and Independent Modeling of Class Analogy (DD-SIMCA) achieved 100% sensitivity and specificity in the test set for authenticating ethyl blends, while the Successive Projections Algorithm for interval selection in Partial Least Squares Discriminant Analysis (iSPA-PLS-DA) correctly discriminated all ethyl blends containing cotton, sunflower, and soybean biodiesel. Additionally, only one misclassification occurred when ethyl and methyl blends of the same three oil feedstocks were included in the model. For the last two applications, two spectral regions (881-1651 and 1911-2203 nm) were investigated to avoid sample dilution with organic solvents. As a result, the first derivative of Savitzky-Golay with a second-order polynomial and a 15-point window proved to be the most promising preprocessing technique when applied to the spectral range of 1911-2203 nm using DD-SIMCA, with efficiencies of 97.6 and 99.2% for authenticating jatropha and tallow biodiesel/diesel blends, respectively. For biodiesel content quantification, a relative prediction error (REP) of only 2.85% was obtained. As advantages, the proposed analytical methodology contributes especially to United Nations Sustainable Development Goal (SDG/UN) No. 7 (affordable and clean energy), and aligns with the principles of Green Analytical Chemistry.
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Data-Driven Soft and Independent Modeling of Class Analogy (DD-SIMCA) achieved 100% sensitivity and specificity in the test set for authenticating ethyl blends, while the Successive Projections Algorithm for interval selection in Partial Least Squares Discriminant Analysis (iSPA-PLS-DA) correctly discriminated all ethyl blends containing cotton, sunflower, and soybean biodiesel. Additionally, only one misclassification occurred when ethyl and methyl blends of the same three oil feedstocks were included in the model. For the last two applications, two spectral regions (881-1651 and 1911-2203 nm) were investigated to avoid sample dilution with organic solvents. As a result, the first derivative of Savitzky-Golay with a second-order polynomial and a 15-point window proved to be the most promising preprocessing technique when applied to the spectral range of 1911-2203 nm using DD-SIMCA, with efficiencies of 97.6 and 99.2% for authenticating jatropha and tallow biodiesel/diesel blends, respectively. For biodiesel content quantification, a relative prediction error (REP) of only 2.85% was obtained. As advantages, the proposed analytical methodology contributes especially to United Nations Sustainable Development Goal (SDG/UN) No. 7 (affordable and clean energy), and aligns with the principles of Green Analytical Chemistry.O biodiesel e o etanol são os biocombustíveis mais produzidos em escala industrial devido a sua viabilidade econômica, além de ser importantes alternativas aos combustíveis fósseis convencionais, proporcionando uma perspectiva mais ecológica e sustentável. Neste trabalho, a espectroscopia de infravermelho próximo (NIR) associada a ferramentas quimiométricas foi usada monitoramento da qualidade de misturas biodiesel/diesel em termos de (i) classificação simultânea da rota de síntese e matéria-prima de biodiesel, (ii) autenticação de biodiesel de 2ª geração e (iii) quantificação do teor de biodiesel. A Modelagem Independente de Analogia de Classe Orientada aos Dados (DD-SIMCA) alcançou 100% de sensibilidade e especificidade no conjunto de teste para a autenticação de misturas etílicas, enquanto a Análise Discriminante por Mínimos Quadrados Parciais com seleção de intervalos pelo Algoritmo das Projeções Sucessivas (iSPA-PLS-DA) discriminou corretamente todas as misturas etílicas contendo biodiesel de algodão, girassol e soja. Além disso, apenas um erro de classificação foi obtido quando misturas etílicas e metílicas das mesmas três matérias-primas de óleo foram incluídas no modelo. Para as duas últimas aplicações, duas regiões espectrais (881-1651 e 1911-2203 nm) foram investigadas para evitar a diluição da amostra com solventes orgânicos. Como resultado, a primeira derivada de Savitzky-Golay com polinômio de segunda ordem e janela de 15 pontos foi a técnica de pré-processamento mais promissora quando aplicada à faixa espectral de 1911–2203 nm utilizando DD-SIMCA, com eficiências de 97,6 e 99,2% para a autenticação de misturas biodiesel/diesel de pinhão manso e sebo bovino, respectivamente. Para a quantificação do teor de biodiesel, um erro relativo de predição (REP) de apenas 2,85% foi obtido. Como vantagens, a metodologia analítica proposta contribui especialmente para o Objetivo do Desenvolvimento Sustentável das Nações Unidas (ODS/ONU) nº 7 (energia acessível e limpa), bem como se alinha aos princípios da Química Analítica Verde.Universidade Federal do Rio Grande do NorteBrasilUFRNPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE PETRÓLEOGondim, Amanda Duartehttp://lattes.cnpq.br/3858911478543985https://orcid.org/0000-0001-6202-572Xhttp://lattes.cnpq.br/6738828245487480Silva, Djalma Ribeiro dahttp://lattes.cnpq.br/2791074318745945Santos, Elisama Vieira dosMoreira, Edilene Dantas TelesVilar, Welma Thaíse SilvaCosta, Emily Cintia Tossi de AraújoDiniz, Paulo Henrique Gonçalves DiasCosta, Gean Bezerra da2023-11-04T00:06:39Z2023-11-04T00:06:39Z2023-07-31info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfCOSTA, Gean Bezerra da. Estratégias analíticas não-destrutivas para monitoramento da qualidade de misturas biodiesel/diesel. Orientadora: Dra. Amanda Duarte Gondim. 2023. 96f. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Petróleo) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2023.https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/55165info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRN2023-11-04T00:07:28Zoai:repositorio.ufrn.br:123456789/55165Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/repositorio@bczm.ufrn.bropendoar:2023-11-04T00:07:28Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false
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