Esterificação do ácido oleico e acetato de metila com zeólita WO3/USY: efeitos da impregnação do catalisador e modelagem cinética

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2020
Autor(a) principal: Ketzer, Felipe
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
dARK ID: ark:/26339/0013000007xgg
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de Santa Maria
Brasil
Engenharia Química
UFSM
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
Centro de Tecnologia
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: http://repositorio.ufsm.br/handle/1/23283
Resumo: This work proposes the use of USY zeolite activated with tungsten oxide in the esterification of oleic acid with methyl acetate. Tunguistic acid was synthesized trought the acid treatment of sodium tungstate and was used as a precursor. The characterization of the catalysts showed that the general structure of the zeolite was maintained after impregnation. However, the acidity profile of WO3/USY zeolites has been highly altered, where the strong Brønsted acid sites of the original zeolite have been blocked by tungsten oxide, allowing the reagents to have been accessed to the new Lewis acid sites and hydrogen bonds. The change of adsorption mechanism favored the conversion of oleic acid to methyl oleate. The first-order reversible pseudo-homogeneous (PH) model was able to represent the experimental data catalyzed by the USY zeolite, since the heterogeneous models (ER and LH) were classified as overparameterized and were disregarded. Kinetic and thermodynamic modeling showed that the reaction is endothermic, with change in enthalpy of 59.83 kJ mol−1 and activation energy of 41.77 kJ mol−1. The proposal of a novel kinetic model considering the active sites of the WO3/USY catalyst shown a good fit to the experimental data of the reaction catalyzed by different catalysts. The Brønsted acidic sites of the USY zeolite and the weak acidic sites of the WO3/USY zeolite showed great importance in the esterification reaction. The zeolites activated by ultrasonic method showed the greatest conversions in methyl esters. The 10% WO3/USY US catalyst presented the best performance, converting 87% of oleic acid to methyl oleate after 3 hours of reaction, at 240 °C, with a ratio of oleic acid and methyl acetate of 1:10 and 10% (w/w) of catalyst. The use of WO3/USY zeolite shows a viable and effective catalyst to esterification of oleic acid with methyl acetate, which is in accordance to prospects of free-glycerol biodiesel production.
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However, the acidity profile of WO3/USY zeolites has been highly altered, where the strong Brønsted acid sites of the original zeolite have been blocked by tungsten oxide, allowing the reagents to have been accessed to the new Lewis acid sites and hydrogen bonds. The change of adsorption mechanism favored the conversion of oleic acid to methyl oleate. The first-order reversible pseudo-homogeneous (PH) model was able to represent the experimental data catalyzed by the USY zeolite, since the heterogeneous models (ER and LH) were classified as overparameterized and were disregarded. Kinetic and thermodynamic modeling showed that the reaction is endothermic, with change in enthalpy of 59.83 kJ mol−1 and activation energy of 41.77 kJ mol−1. The proposal of a novel kinetic model considering the active sites of the WO3/USY catalyst shown a good fit to the experimental data of the reaction catalyzed by different catalysts. The Brønsted acidic sites of the USY zeolite and the weak acidic sites of the WO3/USY zeolite showed great importance in the esterification reaction. The zeolites activated by ultrasonic method showed the greatest conversions in methyl esters. The 10% WO3/USY US catalyst presented the best performance, converting 87% of oleic acid to methyl oleate after 3 hours of reaction, at 240 °C, with a ratio of oleic acid and methyl acetate of 1:10 and 10% (w/w) of catalyst. The use of WO3/USY zeolite shows a viable and effective catalyst to esterification of oleic acid with methyl acetate, which is in accordance to prospects of free-glycerol biodiesel production.Este trabalho propõe a utilização de zeólita USY ativada com óxido de tungstênio na reação de esterificação do ácido oleico com acetato de metila. Ácido tunguístico foi preparado a partir do tratamento ácido do tungstato de sódio e utilizado como precursor. A caracterização dos catalisadores mostrou que a estrutura geral da zeólita foi mantida após a impregnação. No entanto, o perfil de acidez das zeólitas WO3/USY foi fortemente alterado, onde os sítios fortes ácidos de Brønsted da zeólita original foram bloqueados pelo óxido de tungstênio, possibilitando o acesso dos reagentes a novos sítios ácidos de Lewis e ligações de hidrogênio. Esta alteração do mecanismo de adsorção favoreceu a conversão de ácido oleico em oleato de metila. O modelo pseudo-homogêneo (PH) reversível de primeira ordem foi capaz de representar os dados experimentais da reação catalisada pela zeólita USY, ao passo que os modelos heterogêneos (ER e LH) foram classificados como sobreparametrizados e, por isso, desconsiderados. A modelagem cinética e termodinâmica mostrou que a reação é endotérmica, com variação de entalpia de 59,83 kJ mol−1 e energia de ativação de 41,77 kJ mol−1. Um novo modelo cinético considerando os sítios ativos do catalisador WO3/USY se ajustou bem aos dados experimentais da reação catalisada por diferentes catalisadores. Os sítios ácidos de Brønsted da zeólita USY e os sítios ácidos fracos da zeólita WO3/USY apresentaram grande importância na reação de esterificação. As zeólitas ativadas pela via ultrassônica apresentaram as maiores conversões na obtenção de ésteres metílicos. O catalisador 10% WO3/USY US obteve o melhor desempenho, convertendo 87% do ácido oleico em metil oleato após 3 horas de reação, a 240°C, com proporção de ácido oleico e acetato de metila de 1:10 e 10% (m/m) de catalisador. Desta maneira, a zeólita WO3/USY se apresenta como uma forma viável e eficaz para a esterificação do ácido oleico com acetato de metila, que está alinhada à perspectiva de produção de biodiesel sem glicerol.Universidade Federal de Santa MariaBrasilEngenharia QuímicaUFSMPrograma de Pós-Graduação em Engenharia QuímicaCentro de TecnologiaCastilhos, Fernanda dehttp://lattes.cnpq.br/4590978604104577Salau, Nina Paula GonçalvesDotto, Guilherme LuizEnzweiler, HevelineSilva, Willian Leonardo daKetzer, Felipe2021-12-13T20:04:28Z2021-12-13T20:04:28Z2020-01-20info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/23283ark:/26339/0013000007xggporAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Manancial - Repositório Digital da UFSMinstname:Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)instacron:UFSM2021-12-30T12:13:39Zoai:repositorio.ufsm.br:1/23283Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufsm.br/PUBhttps://repositorio.ufsm.br/oai/requestatendimento.sib@ufsm.br||tedebc@gmail.com||manancial@ufsm.bropendoar:2021-12-30T12:13:39Manancial - Repositório Digital da UFSM - Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)false
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