Metanólise de óleo de soja em biodiesel através de um reactor de membrana

Com o aumento das necessidades energéticas, bem como dos cada vez mais conhecidos efeitos nocivos dos combustíveis fósseis, tornou-se imperativo pesquisar e desenvolver alternativas sustentáveis e verdes a esses recursos. O biodiesel é considerado como o melhor substituto para o combustível diesel convencional de base petroquímica. A transesterificação de óleos vegetais revela-se como uma importante via de obtenção do biodiesel. Na produção de biodiesel com catalisadores básicos homogéneos, como o hidróxido de sódio, deparamo-nos com um problema na hidrólise de triglicéridos, levando à formação de sabões e emulsões. Mesmo quando são usados reagentes secos, há formação de água devido à reacção do hidróxido com o álcool. Estes problemas podem ser solucionados com a utilização de catalisadores heterogéneos. Este estudo incidiu na preparação de membranas catalíticas de álcool polivinílico (PVA) incorporadas com um catalisador heterogéneo sólido básico (óxido de cálcio) obtido de resíduos industriais (casca de ovo). Caracterizaram-se as membranas catalíticas através da determinação da espessura, ângulos de contacto, grau de inchamento e espectroscopia de infravermelho. As membranas de PVA foram testadas na metanólise de óleo de soja em reactor batch e reactor de membrana catalítica. Estudou-se o efeito da reticulação química e por irradiação gama, nas propriedades das membranas e na actividade catalítica.

Metanólise de óleo de soja em reator de membrana compósita PVA/casca de ovo calcinada. Estudo do efeito da reticulação

Com a crise energética atual e os efeitos nocivos associados ao consumo de combustíveis fósseis e seus derivados, tornou-se imperativo pesquisar e desenvolver alternativas sustentáveis e economicamente viáveis face a esse recurso. Surgiu então o biodiesel, um combustível derivado de recursos renováveis e potencial substituto do diesel convencional de base petroquímica. A transesterificação de óleos vegetais apresenta ser a principal via na produção de biodiesel. A utilização de catalisadores básicos homogéneos, tal como o hidróxido de sódio, na produção de biodiesel apresenta algumas adversidades, nomeadamente, o aparecimento de reações secundárias de hidrólise dos triglicéridos, na presença de água, que promovem a formação de sabões e emulsões. Mesmo com o uso de reagentes secos, ocorrem reações entre o hidróxido e o álcool, formando-se água. Uma solução para este tipo de problemas é a utilização de catalisadores heterogéneos. Contudo, a produção de biodiesel apresenta custos associados elevados que podem ser diminuídos com a utilização de catalisadores provenientes de resíduos alimentares. Este trabalho consistiu na preparação de membranas catalítica de álcool polivinílico (PVA) incorporadas com um catalisador heterogéneo sólido básico (óxido de cálcio) obtido a partir de resíduos alimentares industriais (casca de ovo de galinha). Procedeu-se à caraterização das membranas por determinação da espessura, ângulos de contato, grau de inchamento e por espectroscopia de infravermelho. As membranas de PVA foram testadas na transesterificação de óleo de soja com metanol em reator de membrana catalítica. Analisou-se o efeito da reticulação química nas propriedades das membranas e na atividade catalítica.

Produção de Biodiesel a partir de óleos vegetais virgens e usados, comparando transesterificação básica e enzimática

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa, para obtenção do Grau de Mestre em Bioenergia

Produção de biodiesel por transesterificação de óleos vegetais sobre guanidinas ancoradas em suportes sólidos

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Química e Bioquímica

Optimização de catalisadores básicos provenientes de casca de ovo activos na produção de biodiesel

Uma das dificuldades no que concerne à utilização e produção do biodiesel e que ainda persiste, diz respeito ao recurso a bases fortes como catalisadores num processo homogéneo. Para além destes serem nocivos para o ambiente, possuem o inconveniente de produzirem sabões, os quais dificultam a separação do biodiesel formado. Assim sendo, neste trabalho foi estudada a transesterificação de triglicéridos com metanol, recorrendo a um processo catalítico heterogéneo. Os catalisadores que foram testados são sustentáveis do ponto de vista ambiental e económico, pois foram preparados a partir de casca de ovo. Os catalisadores preparados podem ser agrupados em três diferentes grupos:  ESC1: grupo de amostras catalíticas calcinadas uma vez  ESC2: grupo de amostras catalíticas sujeitas a tratamentos com água durante diferentes tempos  ESCUS: grupo de amostras catalíticas sujeitas ao tratamento em ultrassons durante diferentes tempos Durante o trabalho efectuado, foram realizados testes catalíticos com todos os catalisadores preparados, a fim de perceber a influência das diferentes condições de preparação na actividade catalítica demonstrada para a reacção estudada. Todos os catalisadores preparados e testados laboratorialmente revelaram ser activos na reacção de transesterificação do óleo de soja. No grupo ESC2 foi efectivamente criada porosidade e no grupo ESCUS foram fragmentadas as partículas do catalisador. A fim de perceber a influência da actividade catalítica com as modificações estruturais dos catalisadores, algumas das amostras pertencentes aos diferentes grupos foram caracterizadas mediante difracção de Raio-X (XRD), microscopia electrónica de transmissão (TEM) e caracterização textural através da obtenção das isotérmicas de adsorção e dessorção de azoto. Palavras-chave: Transesterificação; Biodiesel; Actividade Catalítica; Calcinação; Tratamento com água; Tratamento no ultrassons.

Desenvolvimento de membranas catalíticas ácidas para a metanólise do ácido palmítico: estudo do efeito da reticulação

A produção de biodiesel tem sido afectada, ao nível dos custos de produção, pela falta de matérias-primas adequadas que não entrem em competição com a indústria alimentar. A matéria-prima original para a produção de biodiesel é o óleo de soja alimentar, porém a sua utilização origina problemas significativos a nível político e económico. Desta forma, a indústria do biodiesel encontra-se empenhada na modificação para matériasprimas alternativas e de baixo custo. Contudo, estas matérias-primas apresentam elevados níveis de ácidos gordos livres, sendo por isso necessária a eliminação dos ácidos gordos livres. Neste trabalho experimental é proposta a metanólise do ácido palmítico catalisada por membranas poliméricas catalíticas ácidas, utilizadas num reactor de membrana com pervaporação simultânea. Este processo é uma alternativa á destilação reactiva visto que permite a integração da reacção e da separação numa única operação, pelo que é possível a optimização energética, a maximização da conversão e a eliminação de solventes de extracção. Foi efectuado o estudo cinético da reacção de esterificação catalisada pelo catalisador KIT-6 sulfonado. Este catalisador foi caracterizado por titulação ácido-base. Prepararam-se membranas catalíticas compósitas por dispersão do KIT-6 sulfonado em matrizes de poli(álcool vinílico) reticulado com glutaraldeído ou hexametilenodiisocianato. As membranas foram caracterizadas por medição de ângulos de contacto, percentagem de inchamento e por FTIR. Os efeitos do tipo de reticulante e da percentagem de reticulação nas propriedades de transporte e de sorção das membranas, foram estudados em reactor bacth, com as membranas cortadas em pedaços. Os elevados períodos de indução apresentados pelas curvas cinéticas obtidas sugerem que a água formada na reacção afecta de forma pronunciada as propriedades de transporte das membranas. Esta hipótese foi suportada pelo bom ajuste dum modelo cinético-difusional aos pontos experimentais. Por fim, foi testada uma membrana em reactor de membrana com pervaporação simultânea, utilizando azoto seco como gás de varrimento.

A influência da água nas propriedades termofísicas dos solventes eutécticos

Nos últimos anos, têm sido efectuados muitos estudos acerca do impacto ambiental dos Líquidos Iónicos (LIs). Estes estudos provaram que apesar das suas características únicas e vantagens claras sobre os solventes orgânicos comuns, numa vasta gama de aplicações e processos, que os LIs por vezes não são totalmente verdes. Com o objectivo de superar algumas das limitações dos LIs em termos de sustentabilidade e estado físico, surgem recentemente os Solventes Eutécticos Profundos (SEs) que têm sido alvo de grande pesquisa científica. O objectivo deste trabalho é estudar os SEs e as suas propriedades termofísicas em soluções aquosas, como condutividade, densidade e viscosidade, com diferentes teores de água. Para esse efeito foi utilizado o cloreto de colina que é um líquido iónico benigno, que será utilizado como aceitador de pontes de hidrogénio, combinado com os vários dadores de pontes de hidrogénio, como o ácido glicólico, o ácido glutárico, o ácido levulínico, o ácido malónico e o ácido oxálico. O principal objectivo deste trabalho baseia-se no estudo do efeito da água na estabilidade dos SEs, quando estes estão presentes em soluções aquosas. No final, foi ainda realizada uma caracterização destes SEs por espectroscopia FTIR, de forma a garantir que ocorreram as pontes de hidrogénio entre o aceitador de pontes de hidrogénio, cloreto de colina e os dadores de pontes de hidrogénio, diversos ácidos carboxílicos.

Biocatálise em meios não convencionais

Realizou-se um estudo comparativo da actividade da enzima cutinase de Fusarium solani pisi imobilizada nos zéolitos NaA e NaY, em n-hexano, acetonitrilo, etano supercrítico (etano-sc) e dióxido de carbono supercrítico (CO2-sc), a duas actividades da água diferentes (aW) fixadas com pares de sais hidratados in situ, e em condições ácido-base fixadas com tampões sólidos possuindo valores de pKa em meio aquoso entre 4,3 e 10. A reacção estudada foi a transesterificação do butirato de vinilo pelo (R,S)-2-fenil-1- propanol.

Polyimide and polyetherimide organic solvent nanofiltration membranes

Integrally asymmetric skinned Lenzing P84 and Matrimid 5218 polymide membranes and Ultem 1000 polyetherimide membranes were prepared. Crosslinking of membranes using aliphatic diamines resulted in marked improvement in chemical stability. This however resulted in a decline in flux with only Lenzing P84 demonstrating good flux in DMF. Further variation of membrane dope parameters and operating conditions allowed for good control of the MWCO of membranes made from Lenzing P84. SEM pictures of Lenzing P84 membranes revealed a significant difference in membranes morphology. The presence of macrovoids increased when using more DMF in the dope solution. These studies demonstrate the possibility of developing OSN membranes using different polyimides and opens up future possibilities for controlling the MWCO of these membranes. Preliminary modelling demonstrates that good control of the MWCO could extend the application of OSN membranes to allow the fraction of molecules in the NF range.

Physico-chemical characterization of chars produced in the co-pyrolysis of wastes and possible routes of valorisation

Thesis submitted for the Degree in Master of Energy and Bioenergy

Nanoestruturas orgânicas anfifílicas: síntese e caraterização

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia de Materiais

Desenvolvimento de membranas catalíticas poliméricas bifuncionais: aplicações à síntese da cânfora

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Química e Bioquímica

Utilização de sementes de Jatropha curcas L. provenientes de Cabo Verde para a produção de biodiesel

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Energia e Bioenergia

Produção de biodiesel, situação atual e perspetivas futuras

Foi objetivo deste trabalho, reunir informação sobre o estado atual do biodiesel no seu contexto geral em todo no mundo, fazendo um cruzamento de dados para nos ajudar a compreender a situação atual do biodiesel, em Portugal, assim como na Europa e no mundo. Começou-se por realçar a importância do Biodiesel, vantagens e desvantagens da utilização do biodiesel, considerando os aspetos ambientais, sociais e políticos associados à produção e utilização de biodiesel. No caso europeu, foi sublinhada a relevância da produção de biodiesel no contexto atual da diretiva renováveis. No que diz respeito a Europa, a colza e o girassol são as oleaginosas que representam um papel mais relevante na produção de biodiesel. A França e a Alemanha são países de destaque na Europa neste contexto, em que a Alemanha é responsável por cerca de 42% da produção mundial, sendo a sua produção feita a partir da colza. Na Europa, as principais empresas que estão a produzir biodiesel são a OVI, Prio Energy e Ecomotion. Os principais constrangimentos à produção de culturas para produção de biodiesel prendem-se com a mudança de uso do solo. Foi também objetivo salientar alguns aspetos e dados sobre a situação nacional. Atualmente as grandes produtoras de biocombustíveis – biodiesel –, a nível nacional são a Iberol e a Torrejana, detida pela Tracopol (base soja e colza). Estas duas empresas têm uma capacidade instalada de 200 mil toneladas, que é adquirida na totalidade pela Galp, o que permitiu atingir os 3% de penetração no combustível líquido comercializado. No entanto, em termos de área agrícola necessária a GALP aponta para a necessidade de 700000 e 1000000 ha, sendo inevitável a importação de semente para a produção de biocombustíveis. No que diz respeito ao continente americano, a oleaginosa mais usada é a soja sendo os principais países produtores o Brasil e os EUA. Também neste continente, a mudança do uso do solo é uma das principais condicionantes à produção destas culturas ricas em óleo. O continente asiático tem apostado fortemente na produção de culturas oleaginosas, com maior relevância para o óleo de palma. No extremo oriente, o óleo de palma é a matéria-prima mais representativa para a produção de biodiesel, sendo os principais países produtores a Malásia, a Indonésia e a China. A mudança do uso do solo é também problemática na produção de culturas para produção de óleo. No continente africano, Moçambique foi o país abordado com as suas culturas energéticas, as problemáticas das divisões dos terrenos e a aposta da Galp e da Visabeira no óleo de jatropha e de palma. No resto do continente a aposta tem recaído na produção de jatropha mas sem grandes sucessos.

A green integrated process for biodiesel production

Dissertation presented at Faculdade de Ciências e Tecnologia from Universidade Nova de Lisboa to obtain the degree of Master in Chemical and Biochemical Engineering