Esterificação catalítica de ácido acético e glicerol para a produção de aditivos de combustível
Ano de defesa: | 2022 |
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Tipo de documento: | Dissertação |
Tipo de acesso: | Acesso aberto |
Idioma: | por |
Instituição de defesa: |
Universidade Federal de Santa Maria
Centro de Tecnologia |
Programa de Pós-Graduação: |
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
|
Departamento: |
Engenharia Química
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País: |
Brasil
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Palavras-chave em Português: | |
Palavras-chave em Inglês: | |
Área do conhecimento CNPq: | |
Link de acesso: | http://repositorio.ufsm.br/handle/1/27531 |
Resumo: | Biodiesel production through the transesterification route is on the rise, as a result, glycerol, a low-cost by-product of biodiesel, has become more saturated in the international market. A potential solution to this drawback could involve glycerol valorization, by its transformation into acetyl glycerides, by direct acetylation with acetic acid. Among the synthesized acetyl glycerides, triacylglyceride (TAG) have been labeled as potential high-quality liquid bio-additive to enhance fuel properties and could be adopted as surrogates for the tertiary alkyl ethers. However, glycerol acetylation is a slow reaction and hence the use of catalysts is necessary. Homogeneous catalysts are usually used, but they are difficult to be removed and toxic. Thus, heterogeneous catalysts arise as an alternative, due to being safer and easier to be removed. In this study, four different heterogeneous catalysts were evaluated in the glycerol acetylation: Nb2O5, NbOPO4, Al2O3, and HZSM-5. Catalysts were characterized by XRD, FTIR and N2 adsorption. The catalytic tests were carried out for 360 min in a batch reactor at 120 ºC, with varying catalyst loading and using acetic acid to glycerol molar ratios of 2:1, 4:1, and 6:1. An experimental planning was performed to evaluate operational condition effects in the reaction with the best catalyst. NbOPO4 performed the best for all the catalytic tests. With acetic acid to glycerol molar ratio of 6:1, NbOPO4 showed the total conversion of glycerol within 120 min reaction and the combined DAG and TAG selectivity of 70.93%. Furthermore, glycerol conversion and products selectivity are greatly influenced by the reaction temperature and the molar ratio of acetic acid to glycerol. Higher temperatures and molar ratios promote better glycerol conversion and higher TAG selectivity, reaching 100% glycerol conversion and 27,89% TAG selectivity when the reaction temperature is 120 ºC and the molar ratio is 6:1. Lastly, NbOPO4 is a promising alternative for glycerol valorization through acetylation. |
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2023-01-10T11:17:53Z2023-01-10T11:17:53Z2022-09-02http://repositorio.ufsm.br/handle/1/27531Biodiesel production through the transesterification route is on the rise, as a result, glycerol, a low-cost by-product of biodiesel, has become more saturated in the international market. A potential solution to this drawback could involve glycerol valorization, by its transformation into acetyl glycerides, by direct acetylation with acetic acid. Among the synthesized acetyl glycerides, triacylglyceride (TAG) have been labeled as potential high-quality liquid bio-additive to enhance fuel properties and could be adopted as surrogates for the tertiary alkyl ethers. However, glycerol acetylation is a slow reaction and hence the use of catalysts is necessary. Homogeneous catalysts are usually used, but they are difficult to be removed and toxic. Thus, heterogeneous catalysts arise as an alternative, due to being safer and easier to be removed. In this study, four different heterogeneous catalysts were evaluated in the glycerol acetylation: Nb2O5, NbOPO4, Al2O3, and HZSM-5. Catalysts were characterized by XRD, FTIR and N2 adsorption. The catalytic tests were carried out for 360 min in a batch reactor at 120 ºC, with varying catalyst loading and using acetic acid to glycerol molar ratios of 2:1, 4:1, and 6:1. An experimental planning was performed to evaluate operational condition effects in the reaction with the best catalyst. NbOPO4 performed the best for all the catalytic tests. With acetic acid to glycerol molar ratio of 6:1, NbOPO4 showed the total conversion of glycerol within 120 min reaction and the combined DAG and TAG selectivity of 70.93%. Furthermore, glycerol conversion and products selectivity are greatly influenced by the reaction temperature and the molar ratio of acetic acid to glycerol. Higher temperatures and molar ratios promote better glycerol conversion and higher TAG selectivity, reaching 100% glycerol conversion and 27,89% TAG selectivity when the reaction temperature is 120 ºC and the molar ratio is 6:1. Lastly, NbOPO4 is a promising alternative for glycerol valorization through acetylation.A produção de biodiesel pela rota de transesterificação está em ascensão, com isso, o glicerol, um subproduto de baixo custo do biodiesel, tornando-se saturado no mercado internacional. Uma solução potencial para este problema envolve a valorização do glicerol, pela sua transformação em acetil glicerídeos, por esterificação direta com ácido acético. Dentre os acetil glicerídeos produzidos, os triacil glicerídeos (TAG) foram rotulados como potenciais bioaditivos líquidos de alta qualidade para melhorar as propriedades do combustível, podendo ser empregados como substitutos aos éteres alquílicos terciários. No entanto a reação de esterificação do glicerol é uma reação lenta e, por isso, faz-se necessário o uso de catalisadores. Usualmente, utilizam-se catalisadores homogêneos, porém estes são difíceis de serem removidos da reação, além de tóxicos. Deste modo, os catalisadores heterogêneos surgem como uma alternativa por serem mais seguros e fáceis de serem separados do meio reacional. Neste estudo, quatro catalisadores heterogêneos foram avaliados na esterificação do glicerol: Nb2O5, NbOPO4, Al2O3 e HZSM-5. Caracterizou-se os catalisadores por DRX, FTIR e fisissorção de N2. Os testes catalíticos foram realizados por 360 min em um reator descontínuo a 120 ºC, com massa de catalisador variável e usando razões molares de ácido acético para glicerol de 2:1, 4:1 e 6:1. Também realizou-se um planejamento experimental para avaliar as condições operacionais sobre a reação com o melhor catalisador. O NbOPO4 obteve o melhor desempenho em todos os testes catalíticos realizados. Com razão molar de ácido acético para glicerol de 6:1, o NbOPO4 apresentou conversão total de glicerol em 120 min de reação e 70,93% de seletividade combinada de DAG e TAG. Além disso, verificou-se que a conversão de glicerol e a seletividade dos produtos sofrem grande influência da temperatura de reação e da razão molar de ácido acético para glicerol. Temperaturas e razões mais elevadas promovem melhores conversão de glicerol e melhores seletividade à TAG, alcançando valores de 100% de conversão de glicerol e de 27,89% de seletividade para TAG, quando a temperatura de reação é 120 °C e a razão molar de ácido acético para glicerol é de 6:1. Por fim, o NbOPO4 é uma alternativa promissora para a valorização do glicerol por meio de esterificação.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESporUniversidade Federal de Santa MariaCentro de TecnologiaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia QuímicaUFSMBrasilEngenharia QuímicaAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessÁcido acéticoEsterificaçãoGlicerolFosfato de nióbioTriacetinaAcetic acidEsterificationGlycerolNiobium phosphateTriacetinCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICAEsterificação catalítica de ácido acético e glicerol para a produção de aditivos de combustívelCatalytic esterification of acetic acid and glycerol for fuel additive productioninfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisSalau, Nina Paula Gonçalveshttp://lattes.cnpq.br/4234840503539989Castilhos, Fernanda deEnzweiler, HevelineSilva, William Leonardo dahttp://lattes.cnpq.br/9662495827820486Fronza, Carolina Smaniotto300600000006600600600600600600d6c9a1d9-e565-4858-8bcb-3037b30e210ef3ce4ba8-635a-4ae7-ab63-9d39abb08126f280868a-ecf6-42f4-9395-db4510fe9987f26e37bb-c922-426c-8460-47608eff4adbc887daa6-3a20-4d17-af97-8058cd406e5creponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UFSMinstname:Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)instacron:UFSMORIGINALDIS_PPGEQ_2022_FRONZA_CAROLINA.pdfDIS_PPGEQ_2022_FRONZA_CAROLINA.pdfDissertaçãoapplication/pdf2548997http://repositorio.ufsm.br/bitstream/1/27531/1/DIS_PPGEQ_2022_FRONZA_CAROLINA.pdf76028a85bd259ee3daa268ca402bc967MD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8805http://repositorio.ufsm.br/bitstream/1/27531/2/license_rdf4460e5956bc1d1639be9ae6146a50347MD52LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-816http://repositorio.ufsm.br/bitstream/1/27531/3/license.txtf8fcb28efb1c8cf0dc096bec902bf4c4MD531/275312023-01-10 08:17:54.713oai:repositorio.ufsm.br:1/27531Q3JlYXRpdmUgQ29tbW9ucw==Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufsm.br/ONGhttps://repositorio.ufsm.br/oai/requestatendimento.sib@ufsm.br||tedebc@gmail.comopendoar:2023-01-10T11:17:54Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UFSM - Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)false |
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Biodiesel production through the transesterification route is on the rise, as a result, glycerol, a low-cost by-product of biodiesel, has become more saturated in the international market. A potential solution to this drawback could involve glycerol valorization, by its transformation into acetyl glycerides, by direct acetylation with acetic acid. Among the synthesized acetyl glycerides, triacylglyceride (TAG) have been labeled as potential high-quality liquid bio-additive to enhance fuel properties and could be adopted as surrogates for the tertiary alkyl ethers. However, glycerol acetylation is a slow reaction and hence the use of catalysts is necessary. Homogeneous catalysts are usually used, but they are difficult to be removed and toxic. Thus, heterogeneous catalysts arise as an alternative, due to being safer and easier to be removed. In this study, four different heterogeneous catalysts were evaluated in the glycerol acetylation: Nb2O5, NbOPO4, Al2O3, and HZSM-5. Catalysts were characterized by XRD, FTIR and N2 adsorption. The catalytic tests were carried out for 360 min in a batch reactor at 120 ºC, with varying catalyst loading and using acetic acid to glycerol molar ratios of 2:1, 4:1, and 6:1. An experimental planning was performed to evaluate operational condition effects in the reaction with the best catalyst. NbOPO4 performed the best for all the catalytic tests. With acetic acid to glycerol molar ratio of 6:1, NbOPO4 showed the total conversion of glycerol within 120 min reaction and the combined DAG and TAG selectivity of 70.93%. Furthermore, glycerol conversion and products selectivity are greatly influenced by the reaction temperature and the molar ratio of acetic acid to glycerol. Higher temperatures and molar ratios promote better glycerol conversion and higher TAG selectivity, reaching 100% glycerol conversion and 27,89% TAG selectivity when the reaction temperature is 120 ºC and the molar ratio is 6:1. Lastly, NbOPO4 is a promising alternative for glycerol valorization through acetylation. |
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