Sintetizar o biodiesel a partir da transesterificação do óleo de soja com o metanol catalisada por uma base (KOH)

1. OBJETIVO

• Sintetizar o biodiesel a partir da transesterificação do óleo de soja com o metanol catalisada por uma base (KOH);
• Observar, determinar e discutir as diferenças entre as viscosidades relativas dos líquidos obtidos;
• Verificar a miscibilidade do biodiesel no diesel.

1.  INTRODUÇÃO

Grande parte da energia consumida no mundo provém do petróleo, do carvão e do gás natural.  Contudo, essas fontes são limitadas e com previsão de esgotamento no futuro, por isso a procura por fontes alternativas de energia é de suma importância. Neste contexto, os óleos vegetais aparecem como uma alternativa para substituição ao óleo diesel (SCIELO apud QUÍMICA NOVA, 2005).

 A utilização de óleos vegetais como combustível começou em 1898 na Feira Mundial de Paris, onde Rudolf Diesel apresentou um motor abastecido com óleo de amendoim mais eficiente que os motores a vapor usados na época. O óleo mineral é comumente chamado óleo diesel em reconhecimento a Rudolf Diesel (QUÍMICA NOVA, 2007).

Os óleos vegetais são constituídos principalmente de substâncias conhecidas como triglicerídeos (também chamadas de triacilgliceróis ou triacilglicerídeos), que são ésteres formados a partir de ácidos carboxílicos de cadeia longa (ácidos graxos) e glicerol. Além dos triglicerídeos, os óleos vegetais possuem em sua composição quantidades significativas de ácidos graxos livres (originados dos processos de extração dos óleos vegetais), fosfolipídeos, esteróis e tocoferóis (QUÍMICA NOVA, 2007).

Numerosas vantagens apresentam os óleos vegetais para o uso, como combustível com alto poder calorífico e ausência de enxofre em suas composições. Entretanto, o uso direto de óleos vegetais como combustíveis para motores é problemático, em virtude de sua alta viscosidade, maior densidade e baixa volatilidade. Essas características provocam alguns problemas, como: combustão incompleta, diminuição da eficiência de lubrificação, comprometimento da durabilidade do motor e emissão de acroleína (substância tóxica e cancerígena) formada pela decomposição térmica do glicerol. Várias abordagens diferentes têm sido consideradas para reverter esse quadro, apesar de que a transformação de óleos e gorduras de origens vegetal ou animal em ésteres de álcoois de cadeia curta tem importância estratégica para o setor energético, pois possibilita a obtenção de um produto, o biodiesel, com características físico-químicas semelhantes ao óleo diesel (QUÍMICA NOVA, 2007).

O biodiesel é produzido através da transesterificação (uma reação orgânica na qual um éster é transformado em outro através da troca dos grupos alcóxidos) dos triglicerídeos de óleos e gorduras de origem vegetal ou animal com um mono-álcool de cadeia curta, tipicamente metanol ou etanol, na presença de um catalisador, produzindo uma mistura de ésteres alquílicos de ácidos graxos e glicerol (QUÍMICA NOVA, 2007). Devido à possibilidade de reversão do processo de transesterificação, o álcool (no caso agente transesterificante) é colocado em excesso na fase preparatória do biodiesel para possibilitar a separação das fases do biodiesel e da glicerina formada durante o processo e também para aumentar o rendimento do éster (FSA apud SCIELO, 2009).

A imiscibilidade do glicerol no biodiesel é um elemento que favorece o rendimento da reação. Em geral, a transesterificação pode ser catalisada tanto por ácidos como por bases. Contudo, a reação catalisada por bases (utilizando hidróxido ou alcóxido de sódio ou potássio) apresenta a vantagem de poder ser realizada à temperatura ambiente e, mesmo assim, ser mais rápida que a transesterificação catalisada por ácidos, a qual necessita ser realizada em temperaturas elevadas (QUÍMICA NOVA, 2007).

A glicerina obtida não possui alta pureza, por este motivo as indústrias farmacêuticas e cosméticas não utilizam este subproduto como matéria prima. Porém, pode ser utilizada para a fabricação de sabão caseiro e nas indústrias de tintas e revestimentos (FSA, 2012).

A mistura de ésteres graxos resultante da transesterificação é denominada biodiesel, que é um combustível renovável, biodegradável, que apresenta menor emissão de poluentes, maior ponto de fulgor e maior lubricidade quando comparado ao óleo mineral ou diesel (QUÍMICA NOVA, 2007).  Como o biodiesel é miscível ao óleo diesel, realiza-se a síntese do composto estudado, a partir da transesterificação do óleo de soja com o metanol catalisada por uma base (KOH).

1. MATÉRIAS E MÉTODOS

A prática subdividiu-se em 3 etapas:

Etapa 1: Síntese do biodiesel.

a) Material:

• 1 Erlenmeyer de 125 mL;
• 1Espátula;
• 2 Béqueres de 50 mL;
• 2 Pipetas de pasteur;
• 1 Barra magnética (“peixinho”);
• 1 Condensador de bolas;
• 2 Mangueiras para o condensador e conexão para a torneira;
• 1 Balão (bexiga) para vedação do topo do condensador;
• 1 Suporte universal;
• 1 Pipeta graduada de 50 mL;
• 1 Pipetador;
• Proveta de 100 mL.

b) Substâncias e Reagentes:

• 14 mL de metanol P.A.;
• 0,5 g de KOH P.A.;
• 50 g de óleo de soja;

c) Equipamento:

• Chapa de aquecimento com agitação magnética.

Em um erlenmeyer de 125 mL, seco, adicionou-se 14 mL de metanol P.A. e em seguida 0,5 g de NaOH. Colocou-se a barra magnética no erlenmeyer, depois ocorreu a destilação simples e iniciou-se a agitação. Após dissolução completa do catalisador no metanol, interrompeu-se a agitação e adicionou-se 50 g de óleo de soja ao frasco. Colocou-se para destilar novamente. Agitou-se a mistura moderadamente por 30 min. Transferiu-se o conteúdo do erlenmeyer para uma proveta de 100 mL. No dia seguinte, observou-se a separação de fases bem definida.

Etapa 2: Viscosidades relativas do biodiesel, diesel e óleo de soja.

a) Material:

• 4 Pipetas graduadas de 10 mL;
• 1 Pipetador;
• 4 Béqueres de 50 mL.

b) Substâncias e Reagentes:

• 10 mL de água destilada;
• 10 mL de biodiesel;
• 10 mL de óleo de soja;
• 10 mL de óleo diesel.

Preencheu-se uma pipeta graduada de 10 mL com água e mediu-se o seu tempo e escoamento. Repetiu-se o procedimento com água mais duas vezes. Fez-se o mesmo procedimento com biodiesel, óleo de soja e óleo diesel.

Etapa 3: Miscibilidade do biodiesel no diesel.

a) Material:

• 3 tubos de ensaio de 10 mL;
• 1 Pipeta graduada de 10 mL;
• 1 Pipeta graduada de 1 mL;
• 1 Estante para tubos de ensaio.

b) Substâncias e Reagentes:

• 5 mL de óleo diesel;
• 0,10 mL, 0,25 mL e 0,50 mL de biodiesel.

Foi numerado três tubos de ensaio. Transferiu-se uma alíquota de 5 mL de óleo diesel para os tubos de ensaio.  Adicionou-se ao tubo 1, exatamente 0,10 mL do biodiesel e agitou; ao tubo  2, exatamente 0,25 mL do biodiesel e agitou; e ao tubo 3, exatamente 0,50 mL do biodiesel e agitou.

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